專利名稱：負極極片及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種負極極片及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法。
背景技術：
鋰離子電池具有高能量密度、高輸出電壓、高輸出功率等優(yōu)點，廣泛應用于電子、交通、能源等領域。隨著新能源行業(yè)的發(fā)展，高能量密度、高輸出功率電池的開發(fā)，合金負極因其高容量，高能量密度，優(yōu)異安全性能而成為新一代高容量負極材料發(fā)展的方向。然而，合金材料普遍存在充放電過程中伴隨著巨大體積變化，使材料的內應力很大，容易造成電極材料的剝離，膜片的內阻顯著增大，同時暴露的材料表面不斷形成新的SEI膜，進而導致循環(huán)性能差；另外，電池殼體膨脹，變形等問題嚴重。在電池制造過程中，目前普遍采用的化成工藝，即首次充電過程。上述化成方法使負極材料在首次充電過程中持續(xù)體積膨脹累 積，極片結構明顯破壞，電池結構膨脹顯著，性能大幅惡化，甚至還會導致析鋰短路等安全問題。因而，控制極片結構的膨脹成為瓶頸。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種負極極片及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法，大幅減緩負極極片在鋰離子電池化成過程中因膨脹而發(fā)生變形。本發(fā)明提出一種負極極片；所述負極極片包括負極集流體，所述負極集流體的正反面上分別設置有多個硅碳活性材料層，所述多個硅碳活性材料層相互間分別由第一碳活性材料層隔離；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層上設有第二碳活性材料層。優(yōu)選地，所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層的厚度為10 μ m-20mm ;所述第二碳活性材料層的厚度為2ym-10mm。優(yōu)選地，所述硅碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份硅碳活性物質、1-10份導電劑以及2-15份粘結劑；所述碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份碳活性物質、3-20份粘結劑。優(yōu)選地，所述碳活性物質中包含以下組分的一種或多種碳納米管、碳纖維、導電碳粉super-P、乙炔黑、石墨烯；所述粘結劑包括以下組分的一種或多種自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸。本發(fā)明另提出一種負極極片的制作方法，包括步驟一、提供用于做負極集流體的箔片和硅碳活性材料；步驟二、將所述硅碳活性材料涂覆于所述箔片的正反面上，使箔片正反面上分別形成多個硅碳活性材料層，且多個硅碳活性材料層相互間存在間隙；
步驟三、待涂覆有硅碳活性材料層的箔片干燥后，在其正反面上分別涂覆碳活性材料，使硅碳活性材料層間的間隙內、以及硅碳活性材料層上覆蓋一層碳活性材料層；步驟四、待涂覆有硅碳活性材料層和碳活性材料層的箔片干燥后，對所述箔片進行輥壓、分條，得到鋰離子電池負極極片。優(yōu)選地，所述負極集流體為糙面銅箔；所述硅碳活性材料層的厚度為10 μ m-20mm ;所述硅碳活性材料層上覆蓋的層碳活性材料層的厚度為2 μ優(yōu)選地,所述步驟二具體包括在負極集流體的箔片一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料涂覆于箔片上所述固定有印刷網(wǎng)格篩的一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩；在負極集流體的箔片另一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料涂覆于箔 片所述另一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩。優(yōu)選地，所述印刷網(wǎng)格篩的網(wǎng)孔均勻設置，所述網(wǎng)孔形狀為方形、菱形、三角形或梅花形。本發(fā)明另提出一種鋰離子電池，包括負極極片；所述負極極片包括負極集流體，所述負極集流體的正反面上分別設置有多個硅碳活性材料層，所述多個硅碳活性材料層相互間分別由第一碳活性材料層隔離；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層上設有第二碳活性材料層。優(yōu)選地，所述負極集流體為糙面銅箔；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層的厚度為10 μ m-20mm ;所述第二碳活性材料層的厚度為2 μ優(yōu)選地，所述硅碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份硅碳活性物質、1-10份導電劑以及2-15份粘結劑；所述碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份碳活性物質、3-20份粘結劑。優(yōu)選地，所述碳活性物質中包含以下組分的一種或多種碳納米管、碳纖維、導電碳粉super-P、乙炔黑、石墨烯；所述粘結劑包括以下組分的一種或多種自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸。本發(fā)明另提出一種鋰離子電池的制備方法，包括步驟步驟一、提供用于做負極集流體的箔片和硅碳活性材料；步驟二、將所述硅碳活性材料涂覆于所述箔片的正反面上，使箔片正反面上分別形成多個硅碳活性材料層，且多個硅碳活性材料層相互間存在間隙；步驟三、待涂覆有硅碳活性材料層的箔片干燥后，在其正反面上分別涂覆碳活性材料，使硅碳活性材料層間的間隙內、以及硅碳活性材料層上覆蓋一層碳活性材料層；步驟四、待涂覆有硅碳活性材料層和碳活性材料層的箔片干燥后，對所述箔片進行輥壓、分條，得到鋰離子電池負極極片；步驟五、提供正極極片和隔膜，并將所述負極極片、正極極片以及所述隔膜卷繞成電池,制成鋰離子電池。本發(fā)明所提供的一種負極極片及制備方法、鋰離子電池及制備方法，通過在負極集流體正反面上涂覆相互間隔離的多個硅碳活性材料層，并在硅碳活性材料層上，以及多個相互隔離的硅碳活性材料層之間涂覆碳活性材料層方式，由于碳活性材料層具有很多微孔結構，因此負極集流體上分割開的硅碳活性材料層在電池充放電過程中，碳活性材料層作為緩沖區(qū)域，從而使負極極片的膨脹受控，進而防止電池結構和性能的劣化。


圖I是本發(fā)明的鋰離子電池實施例中負極極片的結構示意圖。本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
參見圖1，提出本發(fā)明的鋰離子電池一實施例，包括負極極片100，所述負極極片100包括負極集流體101，所述負極集流體101的正反面上分別設置有多個硅碳活性材料層102，所述多個硅碳活性材料層102相互間分別由第一碳活性材料層103隔離；所述硅碳活性材料層102和第一碳活性材料層103上設有第二碳活性材料層104。進一步地，上述鋰離子電池實施例中，所述負極集流體101為糙面銅箔。進一步地，上述鋰離子電池實施例中，所述硅碳活性材料層102和第一碳活性材料層103的厚度為10 μ m-20mm ;所述第二碳活性材料層104的厚度為2 μ本發(fā)明還提出一種負極極片一實施例，本實施例中的所述負極極片為以上鋰離子電池實施例中負極極片100，在此不再贅述。以下是制備上述鋰離子電池的具體實施例實施例I制備鋰離子電池SI一、負極極片的制備步驟一、提供用于做負極集流體的箔片和硅碳活性材料。步驟二、將所述硅碳活性材料涂覆于所述箔片的正反面上，使箔片正反面上分別形成多個硅碳活性材料層，且多個硅碳活性材料層相互間存在間隙。步驟三、將涂覆有硅碳活性材料層的箔片置于85_105°C的環(huán)境內烘烤2_30分鐘使其干燥，然后在其正反面上分別涂覆碳活性材料，使硅碳活性材料層間的間隙內、以及硅碳活性材料層上覆蓋一層碳活性材料層。步驟四、將涂覆有硅碳活性材料層和碳活性材料層的箔片置于85_105°C的環(huán)境內烘烤2-30分鐘使其干燥，然后對所述箔片進行輥壓、分條，得到負極極片。二、電池電芯的制備提供正極極片和隔膜，將正極極片、隔膜、以及所制備負極極片卷繞成電池電芯。三、鋰離子電池的制備采用鋁塑膜對電池電芯進行包裝，然后注入電解液、化成、成型得到鋰離子電池SI。其中所述電解液包括鋰鹽和非水溶劑，所述鉀鹽為濃度為lmol/L的六氟磷酸鋰；非水溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合溶劑，其中碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的體積比為3:3:3。
本實施例中，制備負極極片的步驟二具體處理如下在負極集流體的箔片一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料漿料涂覆于箔片上所述固定有印刷網(wǎng)格篩的一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩。然后在負極集流體的箔片另一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料涂覆于箔片所述另一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩。進一步地，上述鋰離子電池的制備過程中采用的負極集流體為可以為任何銅箔，如可以是雙面光、單面光、雙面毛、單面毛銅箔。所述硅碳活性材料層的厚度為10ym-20mm ；所述硅碳活性材料層上覆蓋的層碳活性材料層的厚度為2 μ所采用的印刷網(wǎng)格篩的網(wǎng)孔均勻設置，所述網(wǎng)孔形狀為方形、菱形、三角形、或梅花形；另外所述網(wǎng)孔還可以設置為其他或任何封閉平面圖形。本實施例I中，所述硅碳負極層按重量100份計包括以下組分97份硅碳活性物質、I份導電劑、以及2份粘結劑。 所述碳活性材料按重量100份計包括以下組分90份碳活性物質、10份粘結劑。其中本實施例中，所述碳活性物質中包含以下組分的一種或多種碳納米管、碳纖維、導電碳粉super-P、乙炔黑、石墨烯。所述粘結劑包括以下組分的一種或多種自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸。實施例2制備鋰離子電池S2本實施例2制備鋰離子電池的過程基本與實施例I相同，其區(qū)別只在于實施例2中，所述硅碳活性材料按重量100份計包括以下組分80份硅碳活性物質、5份導電劑、以及15份粘結劑。所述碳活性材料按重量100份計包括以下組分97. O份碳活性物質和3份粘結劑。實施例3制備鋰離子電池S3本實施例3制備鋰離子電池的過程基本與實施例I相同，其區(qū)別只在于實施例3中，所述硅碳活性材料按重量100份計包括以下組分90份硅碳活性物質、4份導電劑、以及6份粘結劑。所述碳活性材料按重量100份計包括以下組分87份碳活性物質和13份粘結劑。實施例4制備鋰離子電池S4本實施例4制備鋰離子電池的過程基本與實施例I相同，其區(qū)別只在于實施例3中，所述硅碳活性材料按重量100份計包括以下組分88份硅碳活性物質、10份導電劑、以及2份粘結劑。所述碳活性材料按重量100份計包括以下組分80份碳活性物質和20份粘結劑。實施例5制備鋰離子電池S5本實施例5制備鋰離子電池的過程基本與實施例I相同，其區(qū)別只在于實施例3中，所述硅碳活性材料按重量100份計包括以下組分90份硅碳活性物質、4份導電劑、以及6份粘結劑。所述碳活性材料按重量100份計包括以下組分85份碳活性物質和15份粘結劑。對比例I制備鋰離子電池Dl本對比例I制備鋰離子電池的方法基本與實施例I相同，其區(qū)別在于本對比例制備的負極極片的正反面上分別均勻涂覆硅碳活性材料層，沒有使用印刷網(wǎng)格篩，沒有涂覆碳活性材料層。對比例2制備鋰離子電池D2本對比例制備鋰離子電池的方法基本與實施例I相同，其區(qū)別在于本對比例制備的負極極片的正反面上使用印刷網(wǎng)格篩涂覆硅碳活性材料層，而沒有涂覆碳活性材料 層。性能測試對上述實施例1、2、3、4和5以及對比例I和2制備鋰離子電池S1、S2、S3、S4、S5、Dl以及D2進行如下性能測試I、電池容量測試將上述鋰離子電池SI、S2、S3、S4、S5、Dl以及D2分別先用IOOOmA恒流充電至4. 2V，再恒壓充電至電流為50mA截止，然后以IOOOmA恒流放電至2. 75V，以此放出的容量作為電池的容量，并將鋰離子電池SI、S2、Dl以及D2的容量分別填入表I。2、循環(huán)性能將鋰離子電池SI、S2、S3、S4、S5、Dl以及D2電池分別以IC電流充電至4. 2V，在電壓升至4. 2V后以恒定電壓充電，截止電流為O. 05C。然后將電池以IC電流進行放電，每進行一次充電和放電即為一次循環(huán)，電池進行500次循環(huán)后，得到500次循環(huán)后的容量與首次循環(huán)的容量比值即為容量保持率，并將鋰離子電池SI、S2、S3、Dl以及D2的容量保持率分別填入表I。表I
權利要求
1.一種負極極片；所述負極極片包括負極集流體，其特征在于，所述負極集流體的正反面上分別設置有多個硅碳活性材料層，所述多個硅碳活性材料層相互間分別由第一碳活性材料層隔離；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層上設有第二碳活性材料層。
2.根據(jù)權利要求I所述的負極極片，其特征在于，所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層的厚度為10 μ m-20mm ;所述第二碳活性材料層的厚度為2 μ
3.根據(jù)權利要求I或2所述的負極極片，其特征在于， 所述硅碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份硅碳活性物質、1-10份導電劑以及2-15份粘結劑； 所述碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份碳活性物質、3-20份粘結劑。
4.根據(jù)權利要求3所述的負極極片，所述碳活性物質中包含以下組分的一種或多種碳納米管、碳纖維、導電碳粉super-P、乙炔黑、石墨烯； 所述粘結劑包括以下組分的一種或多種自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸。
5.一種負極極片的制作方法，其特征在于，包括 步驟一、提供用于做負極集流體的箔片和硅碳活性材料； 步驟二、將所述硅碳活性材料涂覆于所述箔片的正反面上，使箔片正反面上分別形成多個硅碳活性材料層，且多個硅碳活性材料層相互間存在間隙； 步驟三、待涂覆有硅碳活性材料層的箔片干燥后，在其正反面上分別涂覆碳活性材料，使硅碳活性材料層間的間隙內、以及硅碳活性材料層上覆蓋一層碳活性材料層； 步驟四、待涂覆有硅碳活性材料層和碳活性材料層的箔片干燥后，對所述箔片進行輥壓、分條，得到鋰離子電池負極極片。
6.根據(jù)權利要求5所述鋰離子電池負極極片的制備方法，其特征在于， 所述負極集流體為糙面銅箔；所述硅碳活性材料層的厚度為10ym-20mm;所述硅碳活性材料層上覆蓋的層碳活性材料層的厚度為2 μ
7.根據(jù)權利要求5或6所述負極極片的制備方法，其特征在于，所述步驟二具體包括 在負極集流體的箔片一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料涂覆于箔片上所述固定有印刷網(wǎng)格篩的一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩； 在負極集流體的箔片另一面上固定一印刷網(wǎng)格篩，將所述硅碳活性材料涂覆于箔片所述另一面上，取下所述印刷網(wǎng)格篩。
8.根據(jù)權利要求7所述的鋰離子負極極片的制備方法，其特征在于，所述印刷網(wǎng)格篩的網(wǎng)孔均勻設置，所述網(wǎng)孔形狀為方形、菱形、三角形或梅花形。
9.一種鋰離子電池，包括負極極片；所述負極極片包括負極集流體，其特征在于，所述負極集流體的正反面上分別設置有多個硅碳活性材料層，所述多個硅碳活性材料層相互間分別由第一碳活性材料層隔離；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層上設有第二碳活性材料層。
10.根據(jù)權利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負極集流體為糙面銅箔；所述硅碳活性材料層和第一碳活性材料層的厚度為10μπι-20πιπι;所述第二碳活性材料層的厚度為2 μ m-lOmm。
11.根據(jù)權利要求9或IO所述的鋰離子電池，其特征在于， 所述硅碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份硅碳活性物質、1-10份導電劑以及2-15份粘結劑； 所述碳活性材料層按重量100份計包括以下組分80-97份碳活性物質、3-20份粘結劑。
12.根據(jù)權利要求11所述的鋰離子電池，所述碳活性物質中包含以下組分的一種或多種碳納米管、碳纖維、導電碳粉super-P、乙炔黑、石墨烯； 所述粘結劑包括以下組分的一種或多種自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸。
13.—種鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括步驟 步驟一、提供用于做負極集流體的箔片和硅碳活性材料； 步驟二、將所述硅碳活性材料涂覆于所述箔片的正反面上，使箔片正反面上分別形成多個硅碳活性材料層，且多個硅碳活性材料層相互間存在間隙； 步驟三、待涂覆有硅碳活性材料層的箔片干燥后，在其正反面上分別涂覆碳活性材料，使硅碳活性材料層間的間隙內、以及硅碳活性材料層上覆蓋一層碳活性材料層； 步驟四、待涂覆有硅碳活性材料層和碳活性材料層的箔片干燥后，對所述箔片進行輥壓、分條，得到鋰離子電池負極極片； 步驟五、提供正極極片和隔膜，并將所述負極極片、正極極片以及所述隔膜卷繞成電池，制成鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負極極片及其制備方法、鋰離子電池及其制備方法，負極極片包括負極集流體，負極集流體的正反面上分別設多個硅碳活性材料，多個硅碳活性材料層相互間分別由第一碳活性材料層隔離；硅碳活性材料層和第一碳活性材料層上設有第二碳活性材料層。本發(fā)明的鋰離子電池及制備方法、負極極片及制備方法，通過在負極集流體正反面上涂覆相互間隔離的多個硅碳活性材料層，在硅碳活性材料層上，及多個相互隔離的硅碳活性材料層之間涂覆碳活性材料層方式，由于碳活性材料層具有很多微孔結構，因此負極集流體上分割開的硅碳活性材料層在電池充放電過程中，碳活性材料層作為緩沖區(qū)域，從而使負極極片的膨脹釋放，防止電池結構和性能的一系列劣化。
文檔編號H01M10/058GK102820451SQ201210256029
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權日2012年7月23日
發(fā)明者王濤, 賴桂棠, 許晶, 李科, 陳興榮 申請人:深圳市海太陽實業(yè)有限公司