一种双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
为
80
～
95
，
b2为2～
10
，
c2为3～
10
，且
a2+b2+c2＝
100
，所述负极浆料2的固含量为
35
～
45
％
。
[0010]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述集流体为厚度为6～
12
μ
m
的铜箔
。
[0011]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述石墨材料选自天然石墨
、
人造石墨
、
硬碳和软碳中的至少一种
。
[0012]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述硅材料选自单质硅
、
氧化亚硅和硅碳的至少一种
。
[0013]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述活性材料2中，所述硅材料的质量占所述硅材料和所述石墨材料混合物总质量的1～
20
％
。
[0014]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述负极浆料1和所述负极浆料2中导电剂选自导电炭黑
、
碳纤维和碳纳米管中的至少一种
。
[0015]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述负极浆料1中粘结剂选自羧甲基纤维素钠
、
羧甲基纤维素锂
、
丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的至少一种
。
[0016]所述负极浆料2中粘结剂选自聚丙烯酸
、
聚丙烯腈
、
聚乙烯醇和海藻酸钠中的至少一种
。
[0017]上述的锂离子电池硅基厚电极中，第一涂层中纺丝1的方向为水平方向，所述第二涂层中纺丝2的方向与所述第一涂层的纺丝1的方向交叉，所述交叉角度为0°
＜
θ
＜
180
°
或
180
°
＜
θ
＜
360
°
，每层涂层中包括数组纺丝，各纺丝组之间方向彼此平行，间隔距离为0～
10mm。
[0018]上述的锂离子电池硅基厚电极中，所述第一涂层的面密度为
50
～
150g/m2，所述第二涂层的面密度为
50
～
150g/m2。
[0019]本专利技术还提供了一种上述的锂离子电池硅基厚电极的制备方法，包括如下步骤：
[0020]S1.
将所述活性材料
1、
所述活性材料2各自与所述导电剂和所述粘结剂溶解于去离子水中制备得到所述负极浆料1和2，以待备用；
[0021]S2.
将所述负极浆料1通过循环管道装入纺丝机中，通过纺丝机喷丝孔喷吐液流层在集流体上，放入凝固浴中凝固成型形成所述第一涂层；然后将所述负极浆料2装入纺丝机中，通过喷丝孔按照设定方向交叉式喷吐在所述第一涂层上，在所述凝固浴中凝固成型形成所述第二涂层，得到电极；最后将所述电极进行冷冻干燥，即得到所述双层多孔结构的厚电极
。
[0022]上述的制备方法中，所述负极浆料1和所述负极浆料2的吐丝速度均为
50
～
100m/min
；
[0023]上述的制备方法中，所述凝固浴为质量百分浓度为0～
50
％的聚乙烯醇
、
质量百分浓度为0～
50
％的聚乙烯亚胺
、
质量百分浓度为0～
50
％的
N
‑
二甲基甲酰胺和质量百分浓度为0～
50
％的
CaCl2中的至少一种
。
[0024]上述的制备方法中，所述凝固浴中成型时间为0～
10min
；
[0025]所述冷冻干燥的时间为6～
12h。
[0026]本专利技术进一步提供了一种三元锂离子电池，其负极电极为所述锂离子电池硅基厚电极
。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0028](1)
本专利技术制备方法操作简单，可以优化电极的微观结构，解决厚电极活性物质利
[0043]本实施例中一种双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极的制备方法，包括以下步骤：
[0044]S1.
将人造石墨
、
导电炭黑
、
羧甲基纤维素钠
(CMC
‑
Na)
和丁苯橡胶
(SBR)
以
90
：5：2：3的质量比溶解于去离子水中，制备得到质量分数为
50
％的石墨负极浆料；随后将
SiO
x
粉末
、
人造石墨
、
导电炭黑和聚丙烯酸
(PAA)
以
16
：
64
：
10
：
10
的质量比溶解于去离子水中，制备得到质量分数为
35
％的
SiO
x
和石墨混合负极浆料；
[0045]S2.
将
S1
中制备得到的石墨负极浆料通过循环管道装入纺丝机中，通过纺丝机喷丝孔以
50m/min
的速度，按照水平方向喷吐液流层在厚度为
8um
的铜箔上，喷流层各组之间吐丝方向彼此平行，间隔距离为
5mm
，然后浸泡在5％ CaCl2溶液中
5min
凝固成型，形成面密度为
100g/m2的第一涂层；随后将
SiO
x
和石墨混合负极浆料装入纺丝机中，通过喷丝孔按照图1所示的纺丝路径以
45
°
的方向交叉喷吐在第一涂层上，浸泡在5％ CaCl2溶液中
5min
凝固成型，形成面密度为
70g/m2的第二涂层，随后将得到的电极进行冷冻干燥
12h
即得到双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极
。
[0046]实施例3[0047]本实施例中一种双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极的制备方法，包括以下步骤：
[0048]S1.
将人造石墨
、
导电炭黑
、
羧甲基纤维素钠
(CMC
‑
Na)
和丁苯橡胶
(SBR)
以
90
：5：2：3的质量比溶解于去离子水中，制备得到质量分数为
50
％的石墨负极浆料；随后将
SiO
x
粉末
、
人造石墨
、
导电炭黑和聚丙烯酸
(PAA)
以8：
72
：
10
：
10
的质量比溶解于去离子水中，制备得到质量分数为
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双层多孔结构的锂离子电池硅基厚电极，其特征在于，它包括集流体和依次在集流体上涂覆的第一涂层和第二涂层组成；所述第一涂层为在所述集流体上负极浆料1以纺丝1的形式涂覆形成；所述第二涂层为负极浆料2在所述第一涂层的纺丝1上按照指定方向交叉式涂覆纺丝2，所述纺丝1与所述纺丝2之间形成多孔结构；所述负极浆料1采用活性材料
1、
导电剂
、
粘结剂和去离子水制成，所述活性材料1为石墨材料；所述负极浆料2采用活性材料
2、
导电剂
、
粘结剂和去离子水制成，所述活性材料2为硅材料和所述石墨材料的混合物
。2.
根据权利要求1所述的锂离子电池硅基厚电极，其特征在于，所述负极浆料1中，所述活性材料
1、
导电剂和粘结剂的质量比为
a1:b1:c1，其中
a1为
85
～
96
，
b1为1～
10
，
c1为3～5，且
a1+b1+c1＝
100
，所述负极浆料1的固含量为
40
～
60
％；所述负极浆料2中，所述活性材料
2、
导电剂和粘结剂的质量比为
a2:b2:c2，其中
a2为
80
～
95
，
b2为2～
10
，
c2为3～
10
，且
a2+b2+c2＝
100
，所述负极浆料2的固含量为
35
～
45
％
。3.
根据权利要求1或2所述的锂离子电池硅基厚电极，其特征在于，所述集流体为厚度为6～
12
μ
m
的铜箔；所述石墨材料选自天然石墨
、
人造石墨
、
硬碳和软碳中的至少一种；所述硅材料选自单质硅
、
氧化亚硅和硅碳的至少一种；所述活性材料2中，所述硅材料的质量占所述硅材料和所述石墨材料混合物总质量的1～
20
％；所述负极浆料1和所述负极浆料2中导电剂选自导电炭黑
、
碳纤维和碳纳米管中的至少一种；所述负极浆料1中粘结剂选自羧甲基纤维素钠
、
羧甲基纤维素锂
、
丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的至少一种；所述负极浆料2中粘结剂选自聚丙烯酸
、
聚丙烯腈
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙菡倩，吴卫卫，黄鹏鹏，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：