一种夹心结构负极片、前驱极片及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于锂二次电池负极技术领域，具体公开了夹心结构前驱负极片，包括依次复合的前驱体层、集流体层和永磁体层；所述的前驱体层中包含活性前驱体，其包括核以及包覆核的壳，所述的核为磁性金属元素氧化物；所述的壳为活性负极材料。本发明专利技术还提供了所述的前驱极片的制备和应用，以及制备的夹心负极片以及电池。本发明专利技术研究发现，通过磁力约束，含活性材料与集流体接触更充分，显著减少了负极的容量衰减，提高了整体的循环稳定性和循环寿命。提高了整体的循环稳定性和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种夹心结构负极片、前驱极片及其制备和应用


[0001]本专利技术属于锂二次电池负极领域，具体涉及一种全新的高稳定性的负极极片制备技术。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种大规模应用的二次电池，广泛应用于新能源汽车和电子消费品。相较于其他传统电池，锂离子电池具有能量密度较高，循环寿命较长，无记忆效应等优势。锂离子电池的技术进步也非常快，但仍赶不上电子消费品和新能源汽车对电池性能的要求，特别是电池续航能力不足的问题，让消费者仍饱受“电量不足”、“里程焦虑”的苦恼。为了提升电池的续航能力，可以从电池结构和电池材料入手，提高容量的同时减少电池重量。其中，最根本的方式是采用高比容量的新型电极材料。
[0003]硅作为一种可以和锂合金化的负极材料，具有理论上最高的比容量(～4200mAh/g)，是最有潜力的下一代新型负极。不过，硅负极在实际充放电过程中，会随着锂离子的嵌入与脱出，发生较大的体积膨胀与体积收缩。在不断的体积变化下，硅负极会与集流体发生脱落，脱落后的硅失去了电接触，不会继续贡献容量，电池就表现出容量衰减和寿命衰退的现象。由体积膨胀造成失去电接触的问题，使得硅负极一直无法得到大规模的应用。
[0004]为了解决上述问题，提升硅负极的性能，学术界和工业界都做了非常多的工作。例如，Zhao Youman等(Exploring mechanism ofcarbon nanotubes as conductive agent for improving performance of a silicon/carbon anode in LIB[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(01):118
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127.)研究在硅负极浆料中添加单壁碳纳米管的作用，发现单壁碳纳米管作为一种一维的导电剂，具有很大的长径比，可以交织形成导电网络，虽然其本身并不能抑制硅的体积膨胀，但可以增加硅与集流体的连接通道，从而提升整体电极的循环寿命。但是，单壁碳纳米管价格非常昂贵，依靠大量的碳管去连接硅与集流体效率非常低而且成本无法接受。
[0005]此外，Yongxiang Sun等(Binary Network of Conductive Elastic Polymer ConstrainingNanosilicon for a High Performance Lithium
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Ion Battery[J]，ACS Nano2021,15(9)：14570
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14579)研发了一种多功能的导电聚合物作为粘结剂。该粘结剂粘性强，可以很好的将硅颗粒固定在集流体上，而且其良好的导电性也增强了硅与集流体的电连接，在提升硅负极循环寿命方面表现出明显的效果。但是，这种导电粘结剂目前制备工艺复杂，成本较高，难以大规模制备。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术第一目的在于，提供一种夹心结构前驱负极片，旨在提供一种可转化成高电化学性能负极的前驱负极片。
[0007]本专利技术第二目的在于，提供所述的夹心结构前驱负极片的制备方法。
[0008]本专利技术第三目的在于，提供所述的夹心结构前驱负极片制备负极片的应用方法。
[0009]本专利技术第四目的在于，提供一种夹心结构负极片，旨在改善负极片的容量、倍率和循环稳定性。
[0010]本专利技术第五目的在于，提供装配有所述的夹心结构负极片的锂二次电池及其制备。
[0011]一种夹心结构前驱负极片，包括依次复合的前驱体层、集流体层和永磁体层；
[0012]所述的前驱体层中包含活性前驱体，其包括核以及包覆核的壳，所述的核为磁性金属元素氧化物；所述的壳为活性负极材料。
[0013]本专利技术研究发现，将永磁体层和所述核壳结构的前驱体层与集流体配合构建层级结构，如此可通过对前驱体层进行原位转化，从而实现永磁体层和转化后的前驱体层磁性关联，利于获得高性能的负极片。
[0014]本专利技术中，所述的前驱负极片包括具有两个表面(分为A表面和B表面，B面位于A面的背面)的集流体，以及复合在A面的前驱体层，和复合在B面的永磁体层。本专利技术中，所述的层级材料以及层级复合结构联合是改善其电化学性能的关键。另外，本专利技术研究还发现，前驱体的成分以及核壳结构的联合是和所述的永磁体层协同改善电化学性能的另一关键。
[0015]本专利技术中，所述的磁性金属元素为铁、钴、镍中的至少一种；
[0016]优选地，所述的磁性金属元素氧化物为FeO、Fe2O3、Fe3O4、NiO、CoO中的至少一种；
[0017]优选地，所述的壳为Si、Ge、Sn中的至少一种；优选Si；
[0018]优选地，活性前驱体中，核和壳的质量比为50～95：5～50；
[0019]优选地，活性前驱体的D50为10
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500nm，进一步优选为50～150nm；
[0020]优选地，所述的前驱体层中，还包含粘结剂、导电剂中的至少一种助剂，优选包含粘结剂和导电剂；
[0021]所述的粘结剂可以为行业内公知的具有粘结作用的成分，例如为PVDF、CMC、PAA中的至少一种；
[0022]所述的导电剂可以为行业内公知的具备导电作用的碳材料，例如为导电炭黑、乙炔黑、碳纳米管中的至少一种。
[0023]优选地，所述的前驱体层中，所述的活性前驱体的重量百分比为70～98％；余量为助剂；优选地，所述的助剂包含粘结剂和导电剂，其中二者的重量比例如为1～3：1～3。
[0024]优选地，前驱体层的厚度可根据需要进行控制，例如，可以1
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200微米，优选为20～50微米。
[0025]本专利技术中，所述的永磁体为刚磁性材料，优选地，所述的永磁体包括但不局限于铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁中的至少一种；
[0026]优选地，永磁体为钕铁硼粉末；
[0027]优选地，永磁体的颗粒大小为1
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100微米，进一步优选为30～60微米；
[0028]优选地，永磁体的磁感应强度为0.05
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0.2T；
[0029]优选地，永磁体层的厚度可根据需要进行控制，例如，可以为10
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500微米，进一步优选为100～300微米；
[0030]优选地，永磁体层中，还包含粘合剂；
[0031]所述的粘合剂可以为行业内公知的具有粘结作用的成分，例如为PVDF、CMC、PAA、PVA中的至少一种；
[0032]优选地，永磁体层中，永磁体的重量百分含量为90
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99％。余量为其他成分如粘合剂。
[0033]本专利技术中，所述的集流体为平面集流体、3D集流体中的至少一种；所述的平面集流体为金属平面集流体，所述的3D集流体为3D金属及其合金集流体或者碳基集流体。优选地，所述的集流体为平面集流体；
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夹心结构前驱负极片，其特征在于，包括依次复合的前驱体层、集流体层和永磁体层；所述的前驱体层中包含活性前驱体，其包括核以及包覆核的壳，所述的核为磁性金属元素氧化物；所述的壳为活性负极材料。2.如权利要求1所述的夹心结构前驱负极片，其特征在于，所述的磁性金属元素为铁、钴、镍中的至少一种；优选地，所述的磁性金属元素氧化物为FeO、Fe2O3、Fe3O4、NiO、CoO中的至少一种；优选地，所述的壳为Si、Ge、Sn中的至少一种；优选Si；优选地，活性前驱体中，核和壳的质量比为50
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95：5～50；优选地，活性前驱体的D50为10
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500nm；优选地，所述的前驱体层中，还包含粘结剂、导电剂中的至少一种助剂；优选地，所述的前驱体层中，所述的活性前驱体的重量百分比为70～98％；余量为助剂；优选地，前驱体层的厚度为1～200微米。3.如权利要求1所述的夹心结构前驱负极片，其特征在于，所述的永磁体为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、稀土永磁中的至少一种；优选地，永磁体为钕铁硼粉末；优选地，永磁体的颗粒大小为1
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100微米；优选地，永磁体的磁感应强度为0.05
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0.2T；优选地，永磁体层的厚度为10～500微米；优选地，永磁体层中，还包含粘合剂；优选地，永磁体层中，永磁体的重量百分含量为90～99％。4.如权利要求1所述的夹心结构前驱负极片，其特征在于，所述的集流体为平面集流体、3D集流体中的至少一种；优选为平面集流体；优选地，所述的平面集流体的金属元素为Cu、Fe、Ni中的至少一种；优选地，所述的集流体层的厚度为1～50微米。5.一种权利要求1～4任一项所述的夹心结构前驱负极片的制备方法，其特征在于，将活性前驱体和永磁体按任意顺序复合在集流体的两个相对的表面，即得；优选地，所述的活性前驱体的制备过程为：预先获得所述的核颗粒，随后在所述的核颗粒表面包覆所述的活性负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：周向清，周进辉，周成坤，
申请(专利权)人：湖南宸宇富基新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：