[发明专利]一种改性硅基负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性硅基负极极片及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)对硅基材料进行氨基化处理，得到氨基化硅基材料；(2)将氨基化硅基材料、导电剂和粘结剂干法混合，经剪切纤维化及辊压得到负极膜片，将所述负极膜片与集流体复合得到所述改性硅基负极极片，本发明通过将硅基负极表面氨基化，加强粘结剂与负极材料之间的氢键作用力，提高两者的粘结力，改善干法负极的极片性能，从而改善电池性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种改性硅基负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车市场的不断发展以及人们对电动汽车性能要求的不断提升，迫切需要开发具有高能量密度、高安全性、长循环寿命、低成本的动力电池。为实现动力电池能量密度的提升，开发具有高比容量的硅基负极体系已成为行业和市场的重点方向。现阶段硅基负极面临的主要问题在于：硅基材料巨大的体积变化导致一系列问题，材料颗粒破损，极片脱落，电极极化增大，电池性能快速衰减，电池循环性能差。通过优化粘结剂是提升硅基负极的循环稳定性的重要途径。

区别于传统的液态粘结剂体系，干法电极技术可将粘结剂纤维化，形成交联的粘结剂网络，从而有效改善极片的柔韧性，克服活性材料体积膨胀带来的形变与应力问题，从而提升极片的循环稳定性。目前硅基干法负极尚处于研发阶段，硅基材料循环过程中的体积变化仍将导致材料颗粒与粘结剂的脱离，导致循环性能变差。

CN111129455A公开了一种高首效硅基负极材料及其制备方法，其包括：首先将原材料SiO与氢氧化物按照一定配比进行球磨混合干燥；然后将干燥后的混合材料放入石英坩埚并转入旋转炉，升温热处理一定时间；再以一定速率升温至一定温度引入碳源，进行碳包覆一定时间后降至室温取出材料；再将材料酸洗至中性后干燥得到材料。

CN109004182A公开了一种向锂离子电池硅基负极极片预锂化的方法，具体是在惰性气氛中，将硅基负极极片与界面改性剂接触；然后再将经界面改性剂处理的硅基负极极片与金属锂接触；干燥；去除硅基负极极片表面多余的金属锂；所述界面改性剂由有机溶剂和含锂电解质组成。

上述方案制得的硅基负极极片均存在有硅基材料体积膨胀导致的颗粒脱落问题，因此，开发一种解决干法硅基材料体积膨胀导致的颗粒脱落问题的硅基负极极片是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性硅基负极极片，本发明通过将硅基负极表面氨基化，加强粘结剂与负极材料之间的氢键作用力，提高两者的粘结力，改善干法负极的极片性能，从而改善电池性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性硅基负极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)对硅基材料进行氨基化处理，得到氨基化硅基材料；

(2)将氨基化硅基材料、导电剂和粘结剂干法混合，经剪切纤维化及辊压得到负极膜片，将所述负极膜片与集流体复合得到所述改性硅基负极极片。

本发明通过将负极材料表面氨基化，使得负极颗粒与粘结剂之间形成氢键作用，从而增强了颗粒的粘结效果，达到了改善极片结构稳定性，提高电池的循环稳定性的效果。

优选地，步骤(1)所述硅基材料包括单质硅和/或硅氧化物。

优选地，所述硅基材料的中值粒径D50为0.01～100μm，例如：0.01μm、0.05μm、0.1μm、1μm、5μm、50μm或100μm等，优选为0.05～10μm。

优选地，步骤(1)所述氨基化处理包括将氨基化溶液和硅基材料混合，经高温回流、静置、洗涤及干燥得到表面氨基化的硅基材料。

本发明所使用的氨基化方法简单易控，可通过改变氨基化原料、浓度、温度、时间等因素，达到对负极表面氨基化程度的调控，从而适用于更多的负极体系。