[发明专利]一种锂离子电池负极片及其制备方法、锂离子电池

说明书

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池电极片，特别是涉及一种锂离子电池负极片及其制备方法。

【背景技术】

锂离子电池因为其具有较高的能量密度和很长的使用寿命被广泛用于便携式电子设备，如：笔记本电脑、手机等。目前商品化的锂离子电池的负极片主要采用石墨材料。然而，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，为了进一步提高锂离子电池的负极的能量密度和功率密度，开发新型的负极材料至关重要。由于硅的理论容量高达4200mAh/g，同时在自然界中储量丰富，因此出现有将硅材料应用到锂离子电池负极中的解决方案。一般的解决思路是，首先将硅材料和碳材料混合制备得到硅碳复合材料，然后将硅碳复合材料与乙炔黑(导电剂)、聚偏氟乙烯(粘结剂)混合配成浆料，均匀涂布到铜箔集流体上得到负极片。目前研发的思路多集中在硅碳复合材料制备过程中，得到一些特殊微观结构的硅碳复合材料，如公开号为CN103311523A中具有纳米微孔隙的硅碳复合材料，公开号为CN103050672A中硅材料和碳材料混合后制得的硅-氧化石墨烯薄膜。制备出硅碳复合材料后再与乙炔黑(导电剂)、聚偏氟乙烯(粘结剂)混合配成浆料，涂布到铜箔上制成负极片。这种将硅应用制作负极片的过程，工艺过程繁琐，不适合实际工业生产中应用。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种锂离子电池负极片及其制备方法、锂离子电池，制备方法工艺简便，成本较低，且制得的负极片的容量性能较好，能满足应用需求。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：1)配制浓度为1～20mg/mL的氧化石墨烯溶液；2)配制纳米硅颗粒和聚合物的混合溶液；将纳米硅颗粒和聚合物溶于醇水溶液中制得所述混合溶液，且在所述混合溶液中，所述聚合物的浓度为1～50mg/mL，所述纳米硅颗粒与所述聚合物的质量比为0.05～1，所述纳米硅颗粒的直径在30～150nm；3)采用静电喷涂的方式，将集流体固定在接收装置上，依次静电喷涂所述步骤1)制得的氧化石墨烯溶液，所述步骤2)制得的混合溶液，分别得到一层氧化石墨烯薄膜和一层硅-聚合物薄膜，定义为AB层；且经过喷涂，所述氧化石墨烯薄膜与所述硅-聚合物薄膜的质量比为1:6～1:9；4)重复喷涂所述氧化石墨烯溶液和所述混合溶液，最终在集流体上形成多个AB层结构；5)将覆盖有多个AB层结构的集流体进行炭化处理，制得负极片

一种根据如上所述的制备方法制得的锂离子电池负极片。

一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极片为如上所述的负极片。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的锂离子电池负极片及其制备方法，采用静电喷涂的方式将氧化石墨烯溶液直接喷涂至集流体上，形成氧化石墨烯薄膜层，A层；然后静电喷涂将纳米硅材料和聚合物的混合溶液喷涂至氧化石墨烯薄膜层上，形成硅-聚合物薄膜层，B层，经过多次重复喷涂，在集流体上形成多个AB层结构后，将集流体和其上覆盖的多个AB层结构一起炭化处理，直接制得负极片。整个制备过程不需要传统制备过程中制浆涂布工艺，工艺简便，且可以省去导电剂和粘结剂的使用，成本较低。制得的负极片中，多孔无定形碳(聚合物碳化形成)为硅在嵌锂过程的体积膨胀预留缓冲空间，保证材料整体的电子传输能力，确保负极片的容量性能。而A层结构和B层结构层层堆叠，可使硅的体积膨胀应力均匀分散在各层中，确保负极片的物理结构稳定。根据实验测得，制得的负极片的首次可逆比容量在960～1680mAh/g，循环100圈后充电比容量(脱锂)为580～1008mAh/g，容量保持率在57.6％～74.5％，性能较好，能满足工业应用要求。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式的锂离子电池负极片的制备方法流程图；

图2是本发明具体实施方式的负极片上的活性物质的微观结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中实验例3中制得的负极片的SEM照片。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。