一种含Si负极极片及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种含si负极极片及其制备方法与应用，属于锂离子电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车、消费类锂离子电池对能量密度更高的需求；负极材料的容量也提出了更高的要求。目前主流的负极材料是石墨，但其理论容量372mah/g，提升的空间不大；si具有理论4200mah/g的容量，具有较大的前景。

2、si材料目前主要的应用方式是与石墨共混制备成浆料，后经过涂布制备成极片；颗粒间通过粘结剂的粘附力对si膨胀提供束缚作用(即极片的内聚力)；为了克服si膨胀带来的副作用，最直接的方法是在si材料极片中添加较多的粘结剂来增加内聚力；但过多的粘结剂降低了活性物质的负载能力；粘结剂的增加，还会带来极片阻抗显著增加，降低电性能。而且单纯增加粘结剂，si颗粒周边的束缚力也仅仅来自周围连接的颗粒，随着si颗粒分布不均，局部的受力也不同，膨胀应力难以有效地传递至周边。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种含si负极极片，通过长径比较长的纤维束状体集合到极片体后，形成统一的极片整体，纤维束可传递si膨胀带来的应力，能够有效降低含si极片的膨胀效应，提升性能。

2、本发明的第一个目的是提供一种含si负极极片，所述含si负极极片包括：负极集流体以及在所述负极集流体上的活性材料层，所述活性材料层由硅活性材料、碳活性材料、纤维束和添加剂组成，所述添加剂为导电剂、粘结剂和分散剂中的至少一种。

3、进一步地，所述纤维束直径为0.01μm～5μm，所述纤维束平均长度为10μm～100μm，且长径比≥10。

4、进一步地，所述硅活性材料为硅碳颗粒、si粉末、siox中的一种或者多种的组合。

5、进一步地，所述碳活性材料为石墨、硬碳、软碳中的一种或者多种的组合。

6、进一步地，所述纤维束为碳纤维、玻璃纤维、合成纤维中的一种或多种的组合。

7、进一步地，按重量份计，碳活性材料含量为50～95％，硅活性材料含量为1～50％，纤维束含量为0.1～10％，添加剂含量为1～12％。

8、进一步地，所述导电剂为长程导电剂和点状导电剂中的一种或两种的组合。

9、进一步地，长程导电剂为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、纳米碳纤维(vgcf)、金属纳米线中的一种或者多种的组合。

10、进一步地，点状导电剂为小颗粒导电炭黑(surp-p)、石墨烯中的一种或者多种的组合。

11、进一步地，所述粘结剂为聚丙烯酸、氨基改性聚丙烯酸、腈基改性聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丁苯橡胶(sbr)、聚氧化乙烯(peo)、聚丙烯腈多元共聚物、聚氨酯、聚环氧树脂中的一种或多种的组合。

12、进一步地，所述分散剂为羧甲基纤维素钠(cmc)、阴离子表面活性剂(如硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠等)、阳离子表面活性剂(季铵化合物)、非离子表面活性剂(如脂肪酸甘油酯、聚山梨酯等)表面活性剂中的一种或多种的组合。

13、本发明的第二个目的是提供所述的含si负极极片的制备方法，包括如下步骤：

14、s1、按重量份计，分别称取硅活性材料、碳活性材料、纤维束和添加剂；

15、s2、将硅活性材料、碳活性材料、纤维束和导电剂进行搅拌混匀，再加入粘结剂和/或分散剂，制备成粘度为5000～7000mpa·s的浆料；

16、s3、将浆料涂布至负极集流体上，干燥后压实制备得到所述含si负极极片。

17、本发明的第三个目的是提供一种锂电池，所述锂电池包括：

18、所述含si负极极片；以及，

19、正极；以及，

20、隔膜；以及，

21、非水电解液。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明的含si负极极片，通过长径比较长的纤维束状体集合到极片体后，形成统一的极片整体，纤维束可传递si膨胀带来的应力，能够有效降低含si极片的膨胀效应，提升性能。

技术特征：

1.一种含si负极极片，其特征在于，所述含si负极极片包括：负极集流体以及在所述负极集流体上的活性材料层，所述活性材料层由硅活性材料、碳活性材料、纤维束和添加剂组成，所述添加剂为导电剂、粘结剂和分散剂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述纤维束直径为0.01μm～5μm，所述纤维束平均长度为10μm～100μm，且长径比≥10。

3.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述硅活性材料为硅碳颗粒、si粉末、siox中的一种或者多种的组合。

4.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述碳活性材料为石墨、硬碳、软碳中的一种或者多种的组合。

5.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述纤维束为碳纤维、玻璃纤维、合成纤维中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，按重量份计，碳活性材料含量为50～95％，硅活性材料含量为1～50％，纤维束含量为0.1～10％，添加剂含量为1～12％。

7.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述导电剂为长程导电剂和点状导电剂中的一种或两种的组合。

8.根据权利要求1所述的含si负极极片，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸、氨基改性聚丙烯酸、腈基改性聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、聚丙烯腈多元共聚物、聚氨酯、聚环氧树脂中的一种或多种的组合；所述分散剂为羧甲基纤维素钠、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种的组合。

9.一种权利要求1～8任一项所述的含si负极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括：

技术总结本发明公开了一种含Si负极极片及其制备方法与应用，本发明的含Si负极极片，通过长径比较大的纤维束状体集合到极片后，形成统一的极片整体，纤维束可传递Si膨胀带来的应力，能够有效降低含Si极片的膨胀效应，提升性能。技术研发人员：车佩佩,翟玮受保护的技术使用者：远景动力技术（江苏）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29