[发明专利]一种高容量密度锂离子电池负极

权利要求书

1.一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述负极包括具有表面修饰的硅颗粒、形成导电网络的碳导电剂、具有高拉伸强度和高弹性形变特性的有机高分子粘结剂以及利于电子传导的集流体基底；

所述具有表面修饰的硅颗粒在所述负极中的质量分数为80%-96%，所述形成导电网络的碳导电剂在所述负极中的质量分数为0.8%-6%，所述高拉伸强度及高弹性形变特性的有机高分子粘结剂在所述负极中的质量分数为3%-15%；

所述负极的孔隙率为35%-50%；

所述具有表面修饰的硅颗粒表面为碳包覆修饰，其中包覆碳为无定形碳或石墨化碳；

所述负极的面容量为3.0-10.0mAh/cm²；

所述负极的容量密度≥780mAh/cm³；

所述有机高分子粘结剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、羧甲基纤维素-丙烯酸共聚物、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚丙烯腈丙烯酸共聚物、海藻酸钠、海藻酸锂、乙烯丙烯酸共聚物、黄原胶、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸-聚乙烯醇交联共聚物中的至少一种。

2.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述具有表面修饰的硅颗粒中的硅颗粒为单晶硅颗粒、多晶硅颗粒、非晶硅颗粒、晶态硅线、非晶态硅线、晶态硅棒、非晶态硅棒、晶态硅管、非晶态硅管、晶态硅锥、非晶态硅锥、晶态多孔硅、非晶态多孔硅、晶态空心硅球、非晶态空心硅球中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述包覆碳在具有表面修饰的硅颗粒中的质量分数为1%-5%。

4.如权利要求3所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述碳包覆修饰的前驱体为碳氢类化合物。

5.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述具有表面修饰的硅颗粒中值粒径D50为0.8-6.0微米，最大粒径D100小于等于对应中值粒径D50的四倍数值。

6.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述负极中形成导电网络的碳导电剂为导电碳黑颗粒、乙炔黑、链状碳黑、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、超顺排碳纳米管、气相生长碳纤维、导电石墨片、多层石墨烯、 单层石墨烯中的至少一种。

7.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述负极中利于电子传导的集流体基底为不锈钢箔；集流体基底厚度为4-10微米。

8.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述负极中利于电子传导的集流体基底为实心铜箔、打孔铜箔、泡沫铜箔、实心不锈钢箔、打孔不锈钢箔、实心铁箔、打孔铁箔、泡沫铁箔、实心镍箔、打孔镍箔或泡沫镍箔；集流体基底厚度为4-10微米。

9.如权利要求1所述的一种高容量密度锂离子电池负极，其特征在于：

所述负极中利于电子传导的集流体基底为表面涂覆含碳导电层的实心铜箔、表面涂覆含碳导电层的打孔铜箔、表面涂覆含碳导电层的实心不锈钢箔、表面涂覆含碳导电层的打孔不锈钢箔、表面涂覆含碳导电层的实心铁箔、表面涂覆含碳导电层的打孔铁箔、表面涂覆含碳导电层的实心镍箔、表面涂覆含碳导电层的打孔镍箔或表面涂覆含碳导电层的泡沫镍箔；集流体基底厚度为4-10微米。

10.一种如权利要求1所述的高容量密度锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：将具有表面修饰的硅颗粒、形成导电网络的碳导电剂、高拉伸强度及高弹性形变特性的有机高分子粘结剂以及溶剂经高速剪切作用使之形成均一稳定的浆料后，均匀涂布在集流体基底上形成厚度为80~250微米的浆料湿膜；所述浆料湿膜经过烘箱烘干使溶剂蒸发，形成厚度为30~60微米、孔隙率为50%~70%的电极；使用液压对辊机对所述电极施加压力，得到所需孔隙率的负极电极。