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    一種負極片及鋰離子二次電池制造技術

    技術編號:44271505 閱讀:2 留言:0更新日期:2025-02-14 22:12
    為克服現有技術中的問題,本發明專利技術提供一種負極片,包括負極集流體及沿遠離所述負極集流體的方向由內往外依次設置的第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層,所述第一石墨涂層包括第一石墨,所述第二石墨涂層包括第二石墨,所述混合涂層包括硅和聚合物顆粒,所述聚合物顆粒的平均粒徑D1大于所述硅的平均粒徑D2。本發明專利技術通過混合涂層增加聚合物顆粒在中間層起到支撐作用,不僅可以降低中間層壓實密度,還可以給硅負極提供更多的膨脹空間及使中間層可滲入更多電解液,從而提高電池循環性能。該負極片應用在鋰離子二次電池中,在抑制硅負極的膨脹的同時降低材料成本,在提高電池能量密度的同時提高循環穩定性。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于二次電池,具體涉及一種負極片及采用該負極片的鋰離子二次電池。


    技術介紹

    1、鋰離子電池作為一種二次電池,具有能量密度高、輸出功率密度大、循環壽命長、自放電率極低、溫度適應范圍寬、充電時間短等突出優點。鋰離子電池不僅在動力電池領域成功取代鉛酸蓄電池,而且在國防軍事、航空航天領域發揮著重要作用,也正在逐步取代鎳氫、鉛酸電池實現裝備的迭代升級。

    2、與此同時,人們也對鋰離子電池的性能提出了更高的要求,要求鋰離子電池具備更高的能量密度。因此,有必要采用高克容量的正極材料或負極材料提升電池能量密度。

    3、石墨負極由于其理論容量僅為372mah/g,目前基本上已經做到了極限,很難再有突破,要想進一步提高電池能量密度,需要從材料角度進行重新設計。硅基負極容量較高,其理論容量可以做到4200mah/g。當前通常采用硅負極與石墨混合使用提高能量密度。

    4、但是,采用此方案負極需采用較高比例的粘結劑、同時循環過程由于硅負極膨脹的問題導致負極層與負極集流體界面變差。主要原因是硅與集流體直接接觸時,由于其過大的膨脹,導致其在循環循環過程慢慢剝離負極集流體,導致循環快速衰減。同時,為了抑制硅負極的膨脹,需要采用較高比例的粘結劑,這會導致材料成本的增加。


    技術實現思路

    1、為了避免硅負極循環膨脹導致負極層與負極集流體界面變差,本專利技術的目的在于提供一種負極片及鋰離子二次電池,抑制硅負極的膨脹的同時降低材料成本,提高電池能量密度的同時提高循環穩定性。

    <p>2、本專利技術是通過如下技術方案實現所述技術效果的:

    3、第一方面,本專利技術的目的之一提供一種負極片,包括負極集流體及沿遠離所述負極集流體的方向由內往外依次設置的第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層,第一石墨涂層設置在負極集流體的表面上,所述第一石墨涂層包括第一石墨,所述第二石墨涂層包括第二石墨,所述混合涂層包括硅和聚合物顆粒,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1大于所述硅的平均粒徑d2。

    4、優選的,所述混合涂層中還包含有第三石墨,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1大于所述第三石墨的平均粒徑d3。所述第三石墨為人造石墨或天然石墨。

    5、優選的,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1為5~15μm,所述硅的平均粒徑d2為3~10μm,所述第三石墨的平均粒徑d3為3~10μm。

    6、優選的,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒為所述混合涂層總重量的5%~20%,所述聚合物顆粒為具有粘結能力的聚合物顆粒,優選為聚偏二氟乙烯pvdf、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、丁苯橡膠sbr中的一種或多種。

    7、優選的,所述混合涂層的厚度為負極片中涂層總厚度的10%~30%,所述第一石墨涂層和所述第二石墨涂層的厚度之和為負極片中涂層總厚度的70%~90%。這樣,第一石墨涂層和所述第二石墨涂層的粘結劑用量與常規石墨涂層相同,混合涂層在負極片中占比較小,即使其采用較高比例粘結劑,負極總粘結劑用量也可以大幅度降低,從而降低材料成本。

    8、優選的,所述第一石墨涂層的厚度為40~60μm,所述混合涂層的厚度為15~30μm,所述第二石墨涂層的厚度30~50μm。

    9、優選的,所述第一石墨涂層中第一石墨和所述第二石墨涂層中第二石墨的平均粒徑為5~20μm。第一石墨和第二石墨的平均粒徑可以相等或不相等。例如,第一石墨和第二石墨的平均粒徑均為15μm,或者,第一石墨的平均粒徑為5μm,第二石墨的平均粒徑為10μm。

    10、所述第一石墨涂層中第一石墨為人造石墨或天然石墨;優選天然石墨,可以提高涂層與箔材粘結力,同時可降低成本。

    11、所述第二石墨涂層中第二石墨為人造石墨或天然石墨;優選人造石墨,可保證電芯的大倍率充電性能。

    12、優選的,第一石墨涂層的壓實密度為1.4~1.7g/cc,孔隙率為22%~36%;所述第二石墨涂層的壓實密度為1.4~1.7g/cc,孔隙率為22%~36%;所述混合涂層的壓實密度為1.1~1.5g/cc,其孔隙率為32%~50%。

    13、優選的,所述第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層中,還均包含有導電劑和粘結劑,所述導電劑相互獨立的選自導電炭黑sp、碳納米管cnt中的至少一種;所述粘結劑相互獨立的選自羧甲基纖維素cmc、聚丙烯酸?paa、丁苯橡膠sbr中的至少兩種。

    14、優選的,所述第一石墨涂層中,所述第一石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比為(95~97):(0.5~2):(2~3);所述第二石墨涂層中,所述第二石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比為(95~97):(0.5~2):(2~3)。第一石墨涂層和第二石墨涂層的組分比例可以相同或不同。例如,第一石墨涂層中,所述第一石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比為95:2:3,第二石墨涂層4中,所述第二石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比97:0.5:2.5;或者,第一石墨涂層和第二石墨涂層中,所述第一石墨或第二石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比均為95:2:3。

    15、優選的,所述混合涂層中,硅與第三石墨的比例從1:9到9:1波動均可,只要能滿足所述硅和第三石墨、所述導電劑、所述粘結劑、所述聚合物顆粒的重量比為?(75~91.5):(1~2):(3.5~5):(5~20)即可。這樣,所述聚合物顆粒的含量為所述混合涂層重量占比5%~20%,電芯性能最優。

    16、第二方面,本專利技術還提供一種鋰離子二次電池,所述鋰離子二次電池包括如前所述的負極片。

    17、相對于現有技術,本專利技術具有以下有益效果:

    18、1、第一石墨涂層和第二石墨涂層之間采用純硅與聚合物顆粒混合,可避開硅與負極集流體的直接接觸,可有效抑制硅負極的膨脹和反彈,在提高電池能量密度的同時提高循環穩定性。

    19、2、混合涂層中聚合物顆粒在中間層起到支撐作用,不僅可以降低中間層壓實密度,還可以給硅負極提供更多的膨脹空間及使中間層可滲入更多電解液,從而提高電池循環性能和倍率性能。

    20、3、第一石墨涂層和第二石墨涂層作為純石墨涂層,其粘結劑的單位用量與常規石墨涂層相同,混合涂層在負極中占比較小,即使其采用較高比例粘結劑,負極總粘結劑用量也可以大幅度降低,從而在抑制硅負極的膨脹的同時降低材料成本。

    本文檔來自技高網
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    【技術保護點】

    1.一種負極片,包括負極集流體及沿遠離所述負極集流體的方向由內往外依次設置的第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層,所述第一石墨涂層包括第一石墨,所述第二石墨涂層包括第二石墨,其特征在于,所述混合涂層包括硅和聚合物顆粒,所述聚合物顆粒的平均粒徑D1大于所述硅的平均粒徑D2。

    2.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中還包含有第三石墨,所述聚合物顆粒的平均粒徑D1大于所述第三石墨的平均粒徑D3。

    3.根據權利要求2所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒的平均粒徑D1為5~15μm,所述硅的平均粒徑D2為3~10μm,所述第三石墨的平均粒徑D3為3~10μm。

    4.根據權利要求2所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒為所述混合涂層總重量的5%~20%,所述聚合物顆粒為具有粘結能力的聚合物顆粒。

    5.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層的厚度為負極片中涂層總厚度的10%~30%,所述第一石墨涂層和所述第二石墨涂層的厚度之和為負極片中涂層總厚度的70%~90%。

    6.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,所述第一石墨涂層中第一石墨和所述第二石墨涂層中第二石墨的平均粒徑為5~20μm。

    7.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,第一石墨涂層的壓實密度為1.4~1.7g/cc,孔隙率為22%~36%;所述第二石墨涂層的壓實密度為1.4~1.7g/cc,孔隙率為22%~36%;所述混合涂層的壓實密度為1.1~1.5g/cc,其孔隙率為32%~50%。

    8.根據權利要求2所述的負極片,其特征在于,所述第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層中,還均包含有導電劑和粘結劑,所述導電劑相互獨立的選自導電炭黑、碳納米管中的至少一種;所述粘結劑相互獨立的選自羧甲基纖維素、聚丙烯酸、丁苯橡膠中的至少兩種。

    9.根據權利要求8所述的負極片,其特征在于,所述第一石墨涂層中,所述第一石墨、所述導電劑、所述粘結劑的重量比為(95~97):(0.5~2):(2~3);

    10.一種鋰離子二次電池,其特征在于,包括權利要求1-9中任意一項所述的負極片。

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    【技術特征摘要】

    1.一種負極片,包括負極集流體及沿遠離所述負極集流體的方向由內往外依次設置的第一石墨涂層、混合涂層和第二石墨涂層,所述第一石墨涂層包括第一石墨,所述第二石墨涂層包括第二石墨,其特征在于,所述混合涂層包括硅和聚合物顆粒,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1大于所述硅的平均粒徑d2。

    2.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中還包含有第三石墨,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1大于所述第三石墨的平均粒徑d3。

    3.根據權利要求2所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒的平均粒徑d1為5~15μm,所述硅的平均粒徑d2為3~10μm,所述第三石墨的平均粒徑d3為3~10μm。

    4.根據權利要求2所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層中,所述聚合物顆粒為所述混合涂層總重量的5%~20%,所述聚合物顆粒為具有粘結能力的聚合物顆粒。

    5.根據權利要求1所述的負極片,其特征在于,所述混合涂層的厚度為負極片中涂層總厚度的10%~30%,所述第一石墨涂層和所述第二石墨涂層的厚度之和為負極片中涂層總...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:劉勇劉榮華賈寶泉王鍵
    申請(專利權)人:深圳好電科技有限公司
    類型:發明
    國別省市:

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