[发明专利]一种高硅含量的硅碳负极极片及其制备方法

说明书

本发明提供一种高硅含量的硅碳负极极片，包括集流体、形成于所述集流体表面的碳层、形成于碳层表面的硅材料层，所述碳层和所述硅材料层的质量比为5:95~50:50。本发明集流体表面涂碳层，并控制其厚度和孔隙率，可极大地缓解硅负极膨胀，当匹配合适的硅负极材料时，可以实现50%以上的硅负极含量，从而可大幅度提高极片的比容量。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种高硅含量的硅碳负极极片及其制备方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，手机等消费类电子和电动汽车对续航的要求越来越高，现有的锂离子电池能量密度已经逐渐无法满足需求，提升正负极材料的比容量是提升电池能量密度的有效方法，现阶段正极材料暂无更好的选择，主要的提升在负极材料上。硅碳负极是公认的下一代高能量密度锂电池负极材料，它具有比容量高（接近现有石墨负极的10倍）、脱嵌锂电位低（0.2~0.4V vs Li）、无毒且储量丰富（地壳元素丰度仅次于氧元素）等优点，但也存在体积膨胀大从而导致循环性能差、电子电导率低从而导致倍率性能差等缺点。为了解决上述问题，除了从材料端进行改善优化外，极片端也需要进行改善优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高硅含量的硅碳负极极片，采用碳层作为缓冲层，既可提高极片导电性，又可以缓冲硅材料的体积膨胀，从而提高极片的循环、倍率性能。

在一个实施例中，本申请提供了一种高硅含量的硅碳负极极片，包括集流体、形成于所述集流体表面的碳层、形成于碳层表面的硅材料层，所述碳层和所述硅材料层的质量比为5:95~50:50。

在一个实施例中，本申请还提供了上述高硅含量的硅碳负极极片的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用双行星搅拌机将碳材料和粘结剂A按照一定比例在去离子水或N甲基吡咯烷酮中分散匀浆，得到碳浆料；采用挤压式涂布机将碳浆料在集流体上进行涂覆并烘干，得到碳层涂覆的极片；

S2：采用双行星搅拌机将硅颗粒、导电剂和粘结剂B按照一定比例在去离子水或N甲基吡咯烷酮中分散匀浆，得到硅材料浆料；采用挤压式涂布机将硅材料浆料在步骤S1制备的极片上进行涂覆并烘干，得到硅材料层和碳层涂覆的电极片；

S3：将步骤S2制备的电极片进行辊压至适当的厚度即得到所述高硅含量的硅碳负极极片。

本发明采用普通的集流体，解决通孔铜箔成本和工艺难度问题；集流体表面涂碳层，同时控制其厚度和孔隙率，可极大程度缓解硅负极膨胀。当匹配合适的硅负极材料时，可以实现50%以上的硅负极含量，从而可大幅度提高极片的比容量。集流体表面涂碳层采用粘附力强的粘结剂，保证与集流体的接触，硅负极层采用弹性大的粘结剂，保证硅颗粒收缩膨胀时维持电接触，碳层和硅负极层选用不同性质的粘结剂，可发挥各自的最佳效能。

本申请实施例的额外层面及优点将在后续说明中描述和显示，或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

图1是实施例1的硅碳负极极片截面SEM图。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描述在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对被申请的限制。

在本申请中，以范围格式呈现量、比率和其他数值，应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

在权利要求书及具体实施方式中，由术语“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一种”意味着仅A；仅B；或A及B。项目A可包含单个元件或多个元件，项目B可包含单个元件或多个元件。