[發(fā)明專利]一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910883450.2
• 申請(qǐng)日: 2019-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN110690441B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李肖輝;陳北海;古領(lǐng)先;王京;魏小鋒;江艦;孫玉民;馮林濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許繼集團(tuán)有限公司;許昌許繼電科儲(chǔ)能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片及其制備方法。本發(fā)明的電極片包括集流體和活性材料，所述集流體為泡沫金屬材料，所述活性材料分布于所述泡沫金屬材料的表面上以及泡沫金屬材料的多孔結(jié)構(gòu)中；所述活性材料為核殼結(jié)構(gòu)，其中納米錫為核，石墨烯為殼。本發(fā)明的電極片中活性材料為納米錫與石墨烯的復(fù)合材料，具有較高的理論比容量；通過在納米錫表面包覆石墨烯以及集流體的孔對(duì)活性材料的限制，有效緩解了納米錫在充放電過程的體積變化的影響，從而提高了電極片的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為碳材料(如石墨等)、硅材料(如單質(zhì)硅等)、錫材料(如單質(zhì)錫)等。其中石墨具有較低嵌/脫鋰電壓且儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里占據(jù)了鋰離子電池負(fù)極材料的主導(dǎo)地位。但是石墨的理論比容量只有372mAh·g^-1，而單質(zhì)錫的理論比容量可以達(dá)到994mAh·g^-1，因此以錫材料為負(fù)極材料在改善鋰離子電池的比容量方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

在現(xiàn)有技術(shù)中錫基負(fù)極片是以單質(zhì)錫或氧化錫為負(fù)極活性物質(zhì)，分布在集流體表面。但是上述負(fù)極活性材料在充放電過程中會(huì)發(fā)生巨大的體積變化，材料的內(nèi)應(yīng)力較大，容易造成錫材料的粉化以及集流體上脫落，從而影響錫基負(fù)極片的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的錫基負(fù)極片循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。

本發(fā)明的目的還在于提供一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片的制備方法，制得的錫基負(fù)極片具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的還在于提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片，該極片包括集流體和活性材料，所述集流體為泡沫金屬材料，所述活性材料分布于所述泡沫金屬材料的表面上以及泡沫金屬材料的多孔結(jié)構(gòu)中；所述活性材料為核殼結(jié)構(gòu)，其中納米錫為核，石墨烯為殼。

本發(fā)明的3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片為具有3D結(jié)構(gòu)的錫基電極片，在鋰離子電池中多為負(fù)極。電極片中活性材料為石墨烯包覆納米錫材料，由于石墨烯具有一定的韌性，在納米錫膨脹時(shí)表面的石墨烯對(duì)納米錫產(chǎn)生一定的約束力，抑制納米錫的膨脹；同時(shí)在納米錫收縮時(shí)，石墨烯能夠隨納米錫一起收縮，使得活性材料的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。所用集流體為泡沫金屬材料，具有三維方向上的多孔性，孔隙率較大，活性材料能夠填充在集流體的孔隙中，有效防止了活性材料的脫落，在充放電過程中保持了極片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；所用集流體具有較大的比表面積，對(duì)活性材料體積的變化起到緩沖作用，有效提高了極片的循環(huán)性能。本發(fā)明的極片中，泡沫金屬材料和石墨烯包覆納米錫材料的配合使用，可以很大程度上改善活性材料的體積效應(yīng)、電導(dǎo)率差等問題，進(jìn)而改善極片的循環(huán)性能。

為進(jìn)一步加強(qiáng)活性材料的穩(wěn)定性，優(yōu)選的，所述納米錫的粒徑為10～100nm，石墨烯的厚度的1～5nm。

本發(fā)明的電極片中的活性材料為錫碳復(fù)合材料，若碳含量較多則降低活性材料的比容量，優(yōu)選的納米錫與石墨烯的質(zhì)量比為(5～20):1。

本發(fā)明的電極片所用泡沫金屬材料具有多孔結(jié)構(gòu)，為市售產(chǎn)品。一般而言，泡沫金屬材料的孔徑為0.1～10mm，孔隙率在90％以上，厚度為2～5mm即可滿足使用需求。優(yōu)選的，所用泡沫金屬材料為泡沫鎳或泡沫銅。

本發(fā)明的3D結(jié)構(gòu)納米錫基鋰離子電池電極片的制備方法采用的技術(shù)方案為：