[發(fā)明專利]一種硅碳負極片及其制備方法與電池

在審

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• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110767872A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜香龍;婁忠良;范歡歡
• 申請（專利權(quán)）人: 桑德新能源技術(shù)開發(fā)有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 11710 北京開陽星知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王璐

本發(fā)明涉及電池極片，具體公開了一種硅碳負極片及其制備方法與電池。本發(fā)明通過在集流體上分層涂布并烘干負極漿料，限制了負極漿料中的粘結(jié)劑在高溫烘干過程中隨水分蒸發(fā)發(fā)生移動的空間，使得粘結(jié)劑最終可在硅碳負極片的內(nèi)外分布連續(xù)且均勻。采用本發(fā)明所述制備方法制得的硅碳負極片，由于粘結(jié)劑在整個負極片的表面到內(nèi)部分布均勻，增強了負極活性物質(zhì)之間及活性物質(zhì)與集流體之間的粘結(jié)力與穩(wěn)定性，大大減緩了硅碳負極片因體積膨脹帶來的極片粉化問題，且經(jīng)實驗驗證，本發(fā)明提供的硅碳負極片在軟包電池中展示出良好的性能，顯著提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池極片，具體地說，涉及一種硅碳負極片及其制備方法與電池。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池能量密度逐漸提高，高能量密度電池對負極提出了更大容量的要求。

目前石墨的理論容量開發(fā)已經(jīng)接近極限，硅負極因具有理論比容量高、儲量豐富、嵌鋰電位低等優(yōu)點成為高能量密度電池的理想負極材料。

但是硅在鋰離子的嵌入和脫出過程中體積變化比較大，而過大的體積膨脹率容易引起電極的粉化，使電池容量迅速衰減，嚴重降低了鋰離子電池的循環(huán)壽命。

目前高能量密度電芯負極多采用硅碳即硅和石墨按一定的比例混合作為負極，降低了硅的比例從而大大降低了鋰離子電池負極片的膨脹程度。但是由于硅顆粒的存在，其在充電之后，負極片的體積變化仍然很大，在循環(huán)過程中負極片仍容易出現(xiàn)掉粉等問題，循環(huán)壽命達不到理想的效果，使其在高能量密度鋰離子電池的應(yīng)用中受到了限制。

針對這個問題目前科研工作者多從材料改性的角度去限制硅碳負極的膨脹，具體方式是采用碳包覆的方式限制硅負極的體積膨脹，但是這種方式多處于實驗室研發(fā)階段，即便應(yīng)用于生產(chǎn)會大大的增加了材料的工藝復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本，不利于電池整體成本的下降。

硅碳負極的膨脹與粘結(jié)劑的分布密切相關(guān)，而目前鋰離子電池負極片多采用羧甲基纖維素(CMC)和丁苯橡膠(SBR)混用作為粘結(jié)劑，CMC主要起分散作用，SBR起粘結(jié)作用。鋰離子電池負極片在涂布時需要高溫蒸發(fā)干燥，在這個過程中SBR容易隨水分的蒸發(fā)上移，導(dǎo)致大多數(shù)SBR位于負極片的表面層，這使得其粘結(jié)的效果大大降低，不利于負極片的穩(wěn)定。

因此，急需開發(fā)一種可使粘結(jié)劑在硅碳負極片制備過程中保持均勻分布的方法，從而減緩硅碳負極的膨脹與粉化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種硅碳負極片及其制備方法與電池，使得粘結(jié)劑在負極片上分布均勻，得到一種粘結(jié)劑在垂直方向連續(xù)且均勻分布的新型負極片。

為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供一種硅碳負極片的制備方法，將負極漿料分層涂布于集流體上，并于每層涂布后進行烘干，在集流體上形成多層負極漿料層。

作為優(yōu)選，貼近所述集流體的負極漿料層的厚度小于或等于與其相鄰的負極漿料層的厚度。

其中，各負極漿料層所使用的負極漿料可相同也可不同；在本發(fā)明的一個具體實施方式中，作為一種示例性說明，采用相同的負極漿料進行分層涂布。

可選地，將負極漿料分2～5層涂布于集流體上。

在綜合考慮操作成本、工藝復(fù)雜性與所獲技術(shù)效果的情況下，優(yōu)選將負極漿料分3層涂布于集流體上，由貼近集流體至遠離集流體的各負極漿料層的涂布厚度之比為1:2:2或1:1:2或1:1:3或1:2:3。

作為優(yōu)選，所述負極漿料的單面總涂布面密度為60～100g/m²。

進一步優(yōu)選，所述負極漿料的固含量為40％～50％，和/或，所述負極漿料的粘度為4000～6000mPa·s。