[发明专利]一种硅碳负极片及其制备方法与电池

说明书

本发明涉及电池极片，具体公开了一种硅碳负极片及其制备方法与电池。本发明通过在集流体上分层涂布并烘干负极浆料，限制了负极浆料中的粘结剂在高温烘干过程中随水分蒸发发生移动的空间，使得粘结剂最终可在硅碳负极片的内外分布连续且均匀。采用本发明所述制备方法制得的硅碳负极片，由于粘结剂在整个负极片的表面到内部分布均匀，增强了负极活性物质之间及活性物质与集流体之间的粘结力与稳定性，大大减缓了硅碳负极片因体积膨胀带来的极片粉化问题，且经实验验证，本发明提供的硅碳负极片在软包电池中展示出良好的性能，显著提高了电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池极片，具体地说，涉及一种硅碳负极片及其制备方法与电池。

背景技术

随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池能量密度逐渐提高，高能量密度电池对负极提出了更大容量的要求。

目前石墨的理论容量开发已经接近极限，硅负极因具有理论比容量高、储量丰富、嵌锂电位低等优点成为高能量密度电池的理想负极材料。

但是硅在锂离子的嵌入和脱出过程中体积变化比较大，而过大的体积膨胀率容易引起电极的粉化，使电池容量迅速衰减，严重降低了锂离子电池的循环寿命。

目前高能量密度电芯负极多采用硅碳即硅和石墨按一定的比例混合作为负极，降低了硅的比例从而大大降低了锂离子电池负极片的膨胀程度。但是由于硅颗粒的存在，其在充电之后，负极片的体积变化仍然很大，在循环过程中负极片仍容易出现掉粉等问题，循环寿命达不到理想的效果，使其在高能量密度锂离子电池的应用中受到了限制。

针对这个问题目前科研工作者多从材料改性的角度去限制硅碳负极的膨胀，具体方式是采用碳包覆的方式限制硅负极的体积膨胀，但是这种方式多处于实验室研发阶段，即便应用于生产会大大的增加了材料的工艺复杂程度和生产成本，不利于电池整体成本的下降。

硅碳负极的膨胀与粘结剂的分布密切相关，而目前锂离子电池负极片多采用羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)混用作为粘结剂，CMC主要起分散作用，SBR起粘结作用。锂离子电池负极片在涂布时需要高温蒸发干燥，在这个过程中SBR容易随水分的蒸发上移，导致大多数SBR位于负极片的表面层，这使得其粘结的效果大大降低，不利于负极片的稳定。

因此，急需开发一种可使粘结剂在硅碳负极片制备过程中保持均匀分布的方法，从而减缓硅碳负极的膨胀与粉化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种硅碳负极片及其制备方法与电池，使得粘结剂在负极片上分布均匀，得到一种粘结剂在垂直方向连续且均匀分布的新型负极片。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种硅碳负极片的制备方法，将负极浆料分层涂布于集流体上，并于每层涂布后进行烘干，在集流体上形成多层负极浆料层。

作为优选，贴近所述集流体的负极浆料层的厚度小于或等于与其相邻的负极浆料层的厚度。

其中，各负极浆料层所使用的负极浆料可相同也可不同；在本发明的一个具体实施方式中，作为一种示例性说明，采用相同的负极浆料进行分层涂布。

可选地，将负极浆料分2～5层涂布于集流体上。

在综合考虑操作成本、工艺复杂性与所获技术效果的情况下，优选将负极浆料分3层涂布于集流体上，由贴近集流体至远离集流体的各负极浆料层的涂布厚度之比为1:2:2或1:1:2或1:1:3或1:2:3。

作为优选，所述负极浆料的单面总涂布面密度为60～100g/m²。

进一步优选，所述负极浆料的固含量为40％～50％，和/或，所述负极浆料的粘度为4000～6000mPa·s。