[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極片及其制備方法

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• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114678490A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱敏;朱羅泉;江劍兵;唐壘;朱陽;姜帆;連攀
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南蒙達(dá)新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池負(fù)極片及其制備方法，所述鋰離子電池負(fù)極片，包括集流體，至少在所述集流體上的一側(cè)設(shè)置的涂布結(jié)構(gòu)，所述涂布結(jié)構(gòu)包括石墨緩沖層和硅碳層，所述石墨緩沖層位于所述集流體和所述硅碳層之間；所述石墨緩沖層由含石墨的漿料制得，所述含石墨的漿料中，石墨為碳微球石墨，所述硅碳層由含硅碳的漿料制得，所述含硅碳的漿料中，還含有預(yù)鋰CMC。制備方法：包括如下步驟：于集流體表面涂布含石墨的漿料，第一次輥壓獲得含石墨緩沖層的集流體，再于含石墨緩沖層的集流體的表面涂布含硅碳的漿料，第二次輥壓，即得鋰離子電池負(fù)極片。通過本發(fā)明的方法最終獲得優(yōu)異首次效率及涂布粘附力的鋰離子電池負(fù)極片。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高硅碳復(fù)合材料首次效率及涂布粘附力的鋰離子電池負(fù)極片及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源危機(jī)是當(dāng)前人類社會面臨的最重要問題之一，新型清潔能源的收集、存儲和搬運(yùn)備受全社會關(guān)注。鋰離子電池作為電能轉(zhuǎn)化和儲存的重要媒介，具有能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好、工作電位窗口寬、安全性高、環(huán)境友好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、大規(guī)模儲能和電動汽車等領(lǐng)域。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，續(xù)航里程的提高對電池的能量密度提出了更高的要求。硅具有高容量(3579mA·h/g，Li₁₅Si₄)、低脫鋰電位和資源豐富等優(yōu)點，因此受到廣泛的關(guān)注。然而，硅脫/嵌過程中有較大的體積變化300％)，易導(dǎo)致顆粒粉化，進(jìn)而從集流體上脫落。同時，硅負(fù)極表面在充放電過程中存在SEI膜的不斷破碎及生成，持續(xù)地消耗活性鋰離子，導(dǎo)致庫侖效率及電池循環(huán)壽命降低。而簡單地提升硅碳負(fù)極中的硅含量將導(dǎo)致庫侖效率低、體積變化大、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。為了兼顧硅碳負(fù)極的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，圍繞硅碳復(fù)合材料的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計展開，并在各項指標(biāo)上取得了很多突破性的進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，解決目前圓柱形鋰離子電池硅負(fù)極片硅碳加工性能差，掉料嚴(yán)重循環(huán)過程中掉料區(qū)會引起析鋰、電解液加速分解等副反應(yīng)，首次效率低、限制循環(huán)壽命，本發(fā)明的目的在于提供一種提高硅碳復(fù)合材料首次效率及涂布粘附力的鋰離子電池負(fù)極片及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種鋰離子電池負(fù)極片，包括集流體，至少在所述集流體上的一側(cè)設(shè)置的涂布結(jié)構(gòu)，所述涂布結(jié)構(gòu)包括石墨緩沖層和硅碳層，所述石墨緩沖層位于所述集流體和所述硅碳層之間；所述石墨緩沖層由含石墨的漿料制得，所述含石墨的漿料中，石墨為碳微球石墨，所述硅碳層由含硅碳的漿料制得，所述含硅碳的漿料中，還含有預(yù)鋰CMC。

本發(fā)明所提供的鋰離子電池負(fù)極片在集流體與硅碳層之間設(shè)置一層石墨緩沖層，石墨與集流體和硅碳層具有優(yōu)異的粘附力，有效避免了硅碳層在循環(huán)過程中的掉料，另外本發(fā)明的硅碳層中引入了預(yù)鋰的CMC，CMC可以對負(fù)極活性材料及導(dǎo)電劑起到分散作用；對負(fù)極漿料起到增稠及防沉降作用；輔助粘結(jié)作用；穩(wěn)定電極的加工性能，輔助改善電池循環(huán)性能；提高極片的剝離強(qiáng)度，而本發(fā)明中通過對氧化還原反應(yīng)將活性鋰添加到CMC中形成的預(yù)鋰CMC作為硅碳層的粘結(jié)劑，通過預(yù)鋰CMC，有效提升鋰離子傳輸速率，提高硅負(fù)極循環(huán)效率、循環(huán)容量、循環(huán)壽命以及倍率性能。

優(yōu)選的方案，所述石墨緩沖層的厚度為128-132μm。

在本發(fā)明中石墨緩沖層的需要有效控制，若涂布面密度過薄，則電池容量可能達(dá)不到標(biāo)稱容量，若過厚，則容易造成掉粉，配料浪費(fèi)。

優(yōu)選的方案，所述含石墨的漿料中，所述石墨的粒徑為10-12μm。

在本發(fā)明中，石墨優(yōu)選為碳微球石墨，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，碳微球石墨具有快充快放特點，尤其是將石墨的粒徑控制在上述范圍時，10-12μm的微球可以縮短鋰離子充放電過程中的遷移路徑，隨著電流強(qiáng)度的增加，容量衰減率低，倍率性能好，具有卓越的電化學(xué)性能，在若粒徑過小，一方面會降低材料壓實，另一方面小粒徑材料具有較大的比表面積，高溫下會消耗更多的鋰離子，導(dǎo)致負(fù)極不可逆容量的增加，影響電池循環(huán)壽命，而若粒徑太大會降低充放電倍率。