负极极片、负极极片的制备方法、电池及用电设备技术

本发明专利技术涉及负极极片、负极极片的制备方法、电池及用电设备，负极极片包括多层碳纳米管膜和硅类活性物质，硅类活性物质被包裹在多层碳纳米管膜之间，负极集流体包括平直区和弯折区，弯折区的多层碳纳米管膜之间未包覆硅类活性物质，或者位于弯折区的硅类活性物质的粒径小于位于平直区的硅类活性物质的粒径。当弯折区的硅类活性物质粒径小于平直区硅类活性物质粒径时，能够保证整个负极极片厚度的一致性，使得负极极片的表面平整，当制作电芯时，保证正负极片有效贴合，保证离子传输路径一致，提高容量保持率；即使弯折区的多层碳纳米管膜之间未包覆硅类活性物质，也能保证各个负极极片的平直区和对应的正极极片贴合紧密，从而提高容量保持率。高容量保持率。高容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
负极极片、负极极片的制备方法、电池及用电设备


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种负极极片、负极极片的制备方法、电池及用电设备。

技术介绍

[0002]随着锂电行业的蓬勃发展，人们对高比能量密度的锂电池的需求日益增长。锂电池负极材料主要分为碳基材料和非碳基材料。碳基材料包括天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(M厘米B) 、软碳(如焦炭) 负极、硬碳负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。非碳基材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。目前，以人造石墨为代表的碳基材料是锂离子电池负极的主要使用材料，石墨类负极材料占据负极材料95%的市场份额。现阶段商业化石墨负极材料已经接近其理论比容量极限（372mAh/g），为进一步提升电池能量密度，寻找更高比容量负极材料成为产业研究重点。硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成。硅基负极具有3600mAh/g的克容量，远远高于石墨负极。但是硅负极300%的体积膨胀严重限制了硅材料在锂离子电池中的应用。在硅材料的使用中，往往与石墨进行复配，其中硅含量较小，常见的是3
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8wt.%，掺杂含量较小，并且在硅负极的使用中会使用粘结剂，降低了电池的能量密度。
[0003]为了解决上述问题，授权公告号为CN113066951B的中国专利技术专利公开了一种柔性自支撑硅/碳纳米管膜复合电极，利用浮动催化化学气相沉积法制备连续碳纳米管膜的技术基础，将改性后的硅活性物质浮于水面上，通过滚轴转动过水收集筒状碳纳米管连续体，利用这种状态下碳管连续体超大的表面积、自身的吸附性以及筒状碳纳米管连续体遇水体积急剧收缩的特性，将浮于水面上的硅活性物质均匀且紧密的包裹于其中，连续收集数小时后，几千层附着了硅的碳管连续体缠绕层叠成具有一定厚度的复合膜，最后辊压得到一种柔性硅
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碳纳米管复合电极膜材料。
[0004]如图1和图2所示，当整张碳纳米管膜卷绕并压制为负极极片时，由于弯折区01不同层的碳纳米管膜的曲率不同的，最内的碳纳米管膜曲率最大，最外圈的曲率最小，因此，极片的最内圈的周长小，内圈弯折区附着硅类活性物质量小于最外圈弯折区附着的硅类活性物质量，因此在内外圈硅类活性物质粒径一致的情况下，极片弯折区的厚度大于平直区02的厚度。假设极片弯折区的每层的碳纳米管膜所吸附的硅类活性物质粒径一致的话，会导致弯折区的厚度大于平直区，这会带来几个问题：（1）在压制过程中，弯折区受压更大，会导致弯折区的碳纳米管膜所附着的硅类活性物质掉粉，从而降低电池容量，影响电池性能；（2）负极极片和正极极片03、隔膜04重叠后卷绕成电芯时，若负极极片的厚度不均匀，会导致电芯的正负极片之间贴合不紧密；通常，若极片贴合不紧密，则会导致离子迁移的路径不同，容易造成析锂；更何况，极片平直区的区域面积远大于弯折区的面积，平直区是参与电化学反应的主要区域，因此，一旦各个负极极片的平直区域和对应的正极极片贴合不紧密，将加剧析锂的问题，降低电池容量，影响电池性能。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于如何提高电池的容量和性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种负极极片，包括负极集流体和负极活性物质，所述负极集流体包括多层碳纳米管膜，所述负极活性物质为硅类活性物质，所述硅类活性物质被包裹在所述多层碳纳米管膜之间；上述负极集流体包括平直区和弯折区，弯折区的多层碳纳米管膜之间未包覆所述硅类活性物质，或者位于弯折区的所述硅类活性物质的粒径小于位于平直区的所述硅类活性物质的粒径。
[0007]进一步地，所述负极集流体由连续的碳纳米管膜卷绕形成，或者所述负极集流体由连续的碳纳米管膜折叠形成，或者所述负极集流体由分体的多层碳纳米管膜卷绕或折叠形成。
[0008]进一步地，所述硅类活性物质为硅单质或氧化亚硅。
[0009]进一步地，所述负极极片中，硅类活性物质的负载质量为负极极片总质量的20
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50wt.%。
[0010]进一步地，所述硅类活性物质的粒径在5
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100nm之间。
[0011]本专利技术还提供所述负极极片的制备方法，包括如下步骤：S1:获得表面附着有硅类活性物质且连续的碳纳米管膜，得到半成品A；S2:将所述半成品A处理为多层结构，得到半成品B；S3:将所述半成品B压成片状，得到负极极片。
[0012]进一步地，在步骤S2中，卷绕半成品A，得到半成品B；或者折叠半成品A，得到半成品B；或者将半成品A裁切为多段，多段的半成品A层叠后再卷绕，得到半成品B。
[0013]进一步地，在步骤S1中，获得硅类活性物质和连续的碳纳米管膜，将所述硅类活性物质喷附于所述碳纳米管膜的表面。
[0014]本专利技术还提供一种电池，包括所述的负极极片，或由所述的负极极片的制备方法制作的负极极片。
[0015]本专利技术还提供一种用电设备，采用所述的电池。
[0016]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1）本专利技术所述的负极极片，具有如下几方面的优势：
①
当弯折区的硅类活性物质粒径小于平直区硅类活性物质粒径时，能够保证整个负极极片厚度的一致性，使得负极极片的表面平整，当制作电芯时，保证正负极片有效贴合，保证离子传输路径一致，提高容量保持率；即使弯折区的多层碳纳米管膜之间未包覆硅类活性物质，也能保证各个负极极片的平直区和对应的正极极片贴合紧密，从而提高容量保持率；
②
碳纳米管膜具有优异的导电性能，将硅类活性物质物理附着于碳纳米管膜表面，不仅取消了现有的金属箔材集流体，并且无需使用粘接剂，能够提高电池的能量密度；
③
碳纳米管膜将硅类活性物质包裹起来，可以缓解硅的体积膨胀；
④
碳纳米管膜是一种三维材料，因此包硅更加紧密，能够有效缓解硅的体积膨胀带来的机械应力；
⑤
碳纳米管膜相比于碳纳米管纤维与其他材料，具有更高的比表面积，为60
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1200m2/g，易吸附硅类活性物质；
⑥
碳纳米管具有优越的导电性，可以提升电池的倍率性能；
2）本专利技术所述的负极极片，当多层碳纳米管膜为由连续的碳纳米管膜卷绕形成的一体结构时，由于连续的碳纳米管膜逐层卷绕，缠绕紧密且不易松开，可以将硅类活性物质夹紧在碳纳米管膜的层间，碳纳米管膜对硅类活性物质的包裹力更强，可以更好的缓解硅的体积膨胀；3）本专利技术所述的负极极片的制备方法，连续的碳纳米管膜卷绕或折叠后直接压制成型，制作过程更加简化；4）本专利技术所述的负极极片的制备方法，一方面，将硅类活性物质喷在连续的碳纳米管膜上，实现每层碳纳米管膜中都有硅类活性物质，进而实现均匀包覆；另一方面，通过控制喷粉装置，可以实现硅碳纳米管膜中硅含量（硅的质量除以硅+膜的总质量）可控，实现较高硅含量（20
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50wt.%）控制。
附图说明
[0017]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括负极集流体和负极活性物质，其特征在于，所述负极集流体包括多层碳纳米管膜，所述负极活性物质为硅类活性物质，所述硅类活性物质被包裹在所述多层碳纳米管膜之间；所述负极集流体包括平直区和弯折区，弯折区的多层碳纳米管膜之间未包覆所述硅类活性物质，或者位于弯折区的所述硅类活性物质的粒径小于位于平直区的所述硅类活性物质的粒径。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极集流体由连续的碳纳米管膜卷绕形成，或者所述负极集流体由连续的碳纳米管膜折叠形成，或者所述负极集流体由分体的多层碳纳米管膜卷绕或折叠形成。3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅类活性物质为硅单质或氧化亚硅。4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片中，硅类活性物质的负载质量为负极极片总质量的20
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50wt.%。5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅类活性物质的粒径在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奇，高勇，林辉，廉俊杰，韩欣，易丽，王发仁，金嘉成，林维敏，杨从强，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：