CN114388724A - 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114388724A
CN114388724A CN202011128361.6A CN202011128361A CN114388724A CN 114388724 A CN114388724 A CN 114388724A CN 202011128361 A CN202011128361 A CN 202011128361A CN 114388724 A CN114388724 A CN 114388724A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
silicon
ion battery
lithium ion
sensitive conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011128361.6A
Other languages
English (en)
Inventor
崔日俊
李国敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Grand Powersource Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Grand Powersource Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Grand Powersource Co ltd filed Critical Shenzhen Grand Powersource Co ltd
Priority to CN202011128361.6A priority Critical patent/CN114388724A/zh
Publication of CN114388724A publication Critical patent/CN114388724A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，所述的硅碳负极极片包括负极集流体，涂覆于集流体表面的温敏导电涂层以及涂覆于温敏导电涂层表面的活性涂层，所述的温敏导电涂层包括温敏导电材料和粘接剂。本发明在负极集流体表面涂覆一层温敏导电涂层，其明显地增强硅碳负极活性涂层与集流体之间的粘接力，并且可抑制硅的体积膨胀，提高负极极片导电性，同时该温敏导电涂层能够在温度上升至一定程度时，迅速使负极极片阻抗升高，甚至成为绝缘体，防止锂离子电池因针刺、过充、短路等滥用而造成热失控，极大地提高了离子电池的安全性能，此外由于引入硅材料，明显提高锂离子电池的能量密度，满足现阶段的需求。

Description

一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法。
背景技术
随着锂离子电池技术的发展，更高能量密度的锂离子电池成为了研究重点之一。作为提高锂离子电池能量密度的一种有效途径，硅负极开始进入锂离子电池体系，因为硅材料是一种具有超高比容量的的负极材料，其理论容量高达4200mAh/g，是传统碳系材料容量的十余倍，且放电平台与之相当，因此被视为下一代锂离子电池负极材料的首选。然而，纯硅在充放电过程中发生巨大的体积变化，其体积膨胀率300%，导致其粉化，进而影响到电池的安全性。此外，由于电芯能量密度的提高，电芯容量越来越大，对电池的安全性能的挑战也越来越大。当电池出现短路，过充，热冲击等滥用情况时，电芯内部的温度会持续升高，最终引起一系列的副反应。此副反应不但会引起电芯性能失效，严重的会引起起火、***，造成人身安全及各方面的财产损失。因此，需要开发一种既可抑制硅负极体积膨胀，又可提高锂离子电池能量密度及安全性能的电池以满足现阶段需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，旨在抑制硅负极体积膨胀，提高离子电池的能量密度及安全性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，所述硅碳负极极片包括负极集流体，涂覆于集流体表面的温敏导电涂层以及涂覆于温敏导电涂层表面的活性涂层，所述的温敏导电涂层包括粘接剂和温敏导电材料，所述的硅碳负极极片的制备方法包括以下步骤：
S1：将粘接剂和温敏导电材料按一定重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
进一步地，所述的负极涂层包括负极活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，所述的负极活性物质包括石墨和氧化亚硅。
所述的氧化亚硅占负极活性物质重量比的2~15%。进一步地，所述的氧化亚硅占负极活性物质重量比的4~10%。
所述的温敏导电涂层厚度为1~10μm，其包括温敏导电材料和粘接剂，其质量比为0.5~5︰1。进一步地，所述的温敏导电涂层厚度为1~5μm，其包括温敏导电材料和粘接剂，其质量比为1~3︰1。
进一步地，所述的温敏导电材料为核壳结构，内核为导电剂，外壳为导电聚合物。
所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种。进一步地，所述的导电剂为碳纳米管、导电炭黑中的一种或多种。
所述的导电聚合物为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种或多种。进一步地，所述的导电聚合物为聚吡咯。
所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、苯丙乳液、聚酰亚胺、聚丙烯腈中的一种或多种。进一步地，所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：本发明在负极集流体表面涂覆一层温敏导电涂层，其明显地增强硅碳负极活性涂层与集流体之间的粘接力，并且可抑制硅的体积膨胀，提高负极极片导电性，同时该温敏导电涂层能够在温度上升至一定程度时，迅速使负极极片阻抗升高，甚至成为绝缘体，防止锂离子电池因针刺、过充、短路等滥用而造成热失控，极大地提高了离子电池的安全性能，此外由于引入硅材料，明显提高锂离子电池的能量密度，满足现阶段的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
S1：将聚丙烯酸和温敏导电材料按1:1的重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将占活性物质95%的石墨和5%的氧化亚硅负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
实施例2：
S1：将聚丙烯酸和温敏导电材料按1:2的重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将占活性物质95%的石墨和5%的氧化亚硅负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
实施例3：
S1：将聚丙烯酸和温敏导电材料按1:3的重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将占活性物质95%的石墨和5%的氧化亚硅负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
实施例4：
S1：将聚丙烯酸和温敏导电材料按1:1的重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将占活性物质90%的石墨和10%的氧化亚硅负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
比较例1：
比较例1为不含温敏导电涂层的硅碳负极极片，其中石墨占活性物质的95%，氧化亚硅占活性物质的5%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的硅碳负极极片包括负极集流体，涂覆于集流体表面的温敏导电涂层以及涂覆于温敏导电涂层表面的活性涂层，所述的温敏导电涂层包括粘接剂和温敏导电材料，所述的硅碳负极极片的制备方法包括以下步骤：
S1：将粘接剂和温敏导电材料按一定重量百分比加在溶剂中混合均匀，制成温敏导电涂料；
S2：将S1中的温敏导电涂料涂覆在集流体上，烘干溶剂，制成具有温敏导电涂层；
S3：将负极活性物质浆料涂覆在S2中所得的温敏导电涂层表面，烘干溶剂，从而制备得到锂离子电池极片。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的负极涂层包括负极活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，所述的负极活性物质包括石墨和氧化亚硅。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的氧化亚硅占负极活性物质重量比的2~15%。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的温敏导电涂层厚度为1~10μm，其包括温敏导电材料和粘接剂，其质量比为0.5~5︰1。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的温敏导电材料为核壳结构，内核为导电剂，外壳为导电聚合物。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的导电剂为碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种。
7.根据权利要求5所所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的导电聚合物为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种或多种。
8.根据权利要求4所所述的一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的粘接剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、苯丙乳液、聚酰亚胺、聚丙烯腈中的一种或多种。
CN202011128361.6A 2020-10-21 2020-10-21 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法 Pending CN114388724A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011128361.6A CN114388724A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011128361.6A CN114388724A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114388724A true CN114388724A (zh) 2022-04-22

Family

ID=81193129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011128361.6A Pending CN114388724A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114388724A (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101441939A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 东华大学 有核壳结构碳纳米管/导电高分子纳米杂化电极材料制备
CN101855756A (zh) * 2008-12-02 2010-10-06 科卡姆有限公司 用于锂蓄电池的壳核型阳极活性材料及其制备方法以及包含所述材料的锂蓄电池
CN102618107A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 导电石墨乳及其制备方法
CN104409681A (zh) * 2014-11-19 2015-03-11 上海航天电源技术有限责任公司 一种含ptc涂层的锂离子电池极片的制备方法
CN105140453A (zh) * 2015-08-26 2015-12-09 厦门大学 一种具有热关断功能的陶瓷复合隔膜及其应用
CN107819095A (zh) * 2016-09-12 2018-03-20 中国科学院金属研究所 一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法
CN108822235A (zh) * 2018-07-04 2018-11-16 北京服装学院 基于形态变化颗粒的智能导电开关
CN108963187A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 桑德集团有限公司 硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆
CN109988330A (zh) * 2018-10-18 2019-07-09 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 一种耐高温的涂覆改性隔膜及其制备方法与应用
CN110137429A (zh) * 2019-04-26 2019-08-16 河南比得力高新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极以及锂离子电池
CN111384396A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种安全型改性石墨及其制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101855756A (zh) * 2008-12-02 2010-10-06 科卡姆有限公司 用于锂蓄电池的壳核型阳极活性材料及其制备方法以及包含所述材料的锂蓄电池
CN101441939A (zh) * 2008-12-18 2009-05-27 东华大学 有核壳结构碳纳米管/导电高分子纳米杂化电极材料制备
CN102618107A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 导电石墨乳及其制备方法
CN104409681A (zh) * 2014-11-19 2015-03-11 上海航天电源技术有限责任公司 一种含ptc涂层的锂离子电池极片的制备方法
CN105140453A (zh) * 2015-08-26 2015-12-09 厦门大学 一种具有热关断功能的陶瓷复合隔膜及其应用
CN107819095A (zh) * 2016-09-12 2018-03-20 中国科学院金属研究所 一种高安全性复合锂电隔膜及其制备方法
CN108822235A (zh) * 2018-07-04 2018-11-16 北京服装学院 基于形态变化颗粒的智能导电开关
CN108963187A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 桑德集团有限公司 硅碳负极、其制备方法、锂离子电池及电动车辆
CN109988330A (zh) * 2018-10-18 2019-07-09 国联汽车动力电池研究院有限责任公司 一种耐高温的涂覆改性隔膜及其制备方法与应用
CN111384396A (zh) * 2018-12-27 2020-07-07 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种安全型改性石墨及其制备方法
CN110137429A (zh) * 2019-04-26 2019-08-16 河南比得力高新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极以及锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111785925B (zh) 极片及应用、含有该极片的低温升高安全性锂离子电池
CN111081982A (zh) 锂离子电池补锂方法
CN112670516A (zh) 三维复合集流体及其制备方法
CN112072078A (zh) 预锂化负极片及其制备方法和应用
CN109088033B (zh) 高安全高能量长循环的磷酸铁锂型18650锂电池及其制备方法
CN108493419B (zh) 一种温度敏感复合电极及其制备方法
CN112635712A (zh) 一种负极片和锂离子电池
CN108878893B (zh) 一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法
CN113066962A (zh) 含硅负极片和高能量密度电池
CN110600684A (zh) 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法
CN113644243A (zh) 氮掺杂中空结构石墨微球、复合负极材料及其制备方法
CN109860557B (zh) 锂离子电池正极材料及制备方法和锂离子电池
CN111710865A (zh) 锂粉分散液及其制备方法和应用
CN110993953A (zh) 正极片、固态化学电源及制备方法
CN116387447A (zh) 一种锂离子电池快充负极片、电化学装置及电子装置
CN115700935A (zh) 正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用
CN112952106B (zh) 一种涂碳铝箔及其制备方法和锂离子电池
CN114388724A (zh) 一种锂离子电池硅碳负极极片及其制备方法
CN115939398A (zh) 一种导电粘结剂、制备方法及其应用
CN112825350B (zh) 预锂化负极极片及其制备方法、锂二次电池
CN114122318A (zh) 一种负极极片及其制备方法和应用
CN113422002A (zh) 金属锂负极、金属锂负极的制备方法及其应用
CN115036457B (zh) 一种复合硫正极、制备方法及应用
CN113889606B (zh) 一种无烟煤包覆硅碳复合材料及其制备方法、应用
CN213278153U (zh) 石墨烯改性五氧化二钒电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination