本發(fā)明涉及一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，全球鋰電池負(fù)極材料仍然以天然石墨和人造石墨為主，2015年占比達(dá)80％以上。新型材料如硅碳(Si/C)負(fù)極材料產(chǎn)量也在快速增長(zhǎng)，便攜式可移動(dòng)電子設(shè)備的高速發(fā)展極大的刺激了市場(chǎng)對(duì)重量輕體積小容量和能量密度更高的鋰離子電池的需求。目前商業(yè)化鋰離子電池都是以碳基材料作為負(fù)極的，但由于石墨負(fù)極的可逆容量只有372mAh/g(LiC6)，嚴(yán)重限制了未來鋰離子電池的發(fā)展，所以研發(fā)下一代鋰離子電池負(fù)極材料成為新的熱點(diǎn)。人們發(fā)現(xiàn)在Li22Si5中硅的恒流理論容量達(dá)到了4200mAh/g，是極具開發(fā)潛力的鋰離子負(fù)極材料。但這種材料的缺點(diǎn)也很突出：在嵌鋰和脫鋰過程中材料體積會(huì)發(fā)生膨脹，硅的脫嵌鋰反應(yīng)將伴隨大的體積變化(～300％)，造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和機(jī)械粉化，導(dǎo)致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進(jìn)而失去電接觸，致使容量迅速衰減，循環(huán)性能惡化。在獲得高容量的同時(shí)，如何提高Si基負(fù)極材料的循環(huán)性能，是Si基材料的研究重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片及其制備方法，該水性硅基負(fù)極片在獲得高容量的同時(shí)，能夠提高Si基負(fù)極材料的循環(huán)性能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片，包括電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極，其特征在于，所述電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極之間設(shè)有導(dǎo)電涂層，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：丁苯橡膠乳液5％-40％，羧甲基纖維素1％-15％，導(dǎo)電碳黑10％-90％，溶劑20％-80％；上述原料的質(zhì)量百分比之和為100％。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：丁苯橡膠乳液5％-40％，羧甲基纖維素1％-11％，導(dǎo)電碳黑10％-74％，溶劑20％-70％；上述原料的質(zhì)量百分比之和為100％。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：丁苯橡膠乳液6％-11％，羧甲基纖維素2％-11％，導(dǎo)電碳黑25％-35％，溶劑45％-60％；上述原料的質(zhì)量百分比之和為100％。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：丁苯橡膠乳液11％，羧甲基纖維素11％，導(dǎo)電碳黑33％，溶劑45％。

作為優(yōu)選，所述丁苯橡膠乳液的固含量為50％。

作為優(yōu)選，所述涂層的厚度為2-5μm。

作為優(yōu)選，所述溶劑為去離子水。

作為優(yōu)選，所述電池負(fù)極集流體為銅箔。

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將配方量的羧甲基纖維素溶于配方量的溶劑中，在真空條件下攪拌1-10h，得到均勻的第一溶液；

2)將配方量的導(dǎo)電碳黑加入步驟1)得到的第一溶液中，在真空條件下攪拌1-12h，得到均勻的第一混合物；

3)將配方量的丁苯橡膠乳液加入步驟2)得到的第一混合物中，在真空條件下攪拌0.5-2h，得到均勻的第二混合物；

4)將步驟3)得到的第二混合物均勻的涂在電池負(fù)極集流體的表面，干燥后得到固態(tài)的導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電涂層的厚度為2-5μm；

5)在步驟4)得到導(dǎo)電涂層的表面涂覆一層硅基負(fù)極材料，得到具有硅基負(fù)極的半成品負(fù)極片；

6)使用輥壓機(jī)將5)步驟得到的半成品負(fù)極片整體壓制一次，即得到鋰離子電池水性硅基負(fù)極片。

作為優(yōu)選，步驟5)中硅基負(fù)極材料的涂覆工藝是按照18650-3000mAh鋰離子電池的制備工藝的能量密度的要求進(jìn)行。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的水性硅基負(fù)極片在銅箔和硅基負(fù)極之間設(shè)有涂層，通過設(shè)計(jì)全新的涂層配方及優(yōu)化制備工藝，使得硅基負(fù)極片不影響活性物質(zhì)鋰離子脫嵌,阻止活性物質(zhì)與集流體的接觸，緩解硅基負(fù)極在充放電池過程中極片澎漲后負(fù)極片與集流體剝離，進(jìn)而解決失去電接觸，緩解致使容量迅速衰減及循環(huán)性能惡化的情況。本發(fā)明的水性硅基負(fù)極片用于18650-3000mAh電池工藝制作0.3C充0.5C放電循環(huán)1000周，容量保持率可達(dá)80％以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的電池循環(huán)壽命圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的電池解剖分析圖片；

圖3是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例1的電池循環(huán)壽命圖；

圖4是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例1的電池解剖分析圖片；

圖5是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例2的電池循環(huán)壽命圖；

圖6是本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例2的電池解剖分析圖片。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1-4：

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片，包括電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極，所述電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極之間設(shè)有導(dǎo)電涂層，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：固含量為50％的丁苯橡膠乳液，羧甲基纖維素，導(dǎo)電碳黑，去離子水。所述電池負(fù)極集流體為銅箔,具體配方組成見表1。

表1

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片的制備方法，包括以下步驟：

1)將配方量的羧甲基纖維素溶于配方量的溶劑中，在真空條件下攪拌1-10h，得到均勻的第一溶液；

2)將配方量的導(dǎo)電碳黑加入步驟1)得到的第一溶液中，在真空條件下攪拌1-12h，得到均勻的第一混合物；

3)將配方量的丁苯橡膠乳液加入步驟2)得到的第一混合物中，在真空條件下攪拌0.5-2h，得到均勻的第二混合物；

4)將步驟3)得到的第二混合物均勻的涂在電池負(fù)極集流體的表面，干燥后得到固態(tài)的導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電涂層的厚度為2-5μm；

5)在步驟4)得到導(dǎo)電涂層的表面涂覆一層硅基負(fù)極材料，得到具有硅基負(fù)極的半成品負(fù)極片；硅基負(fù)極材料的涂覆工藝是按照18650-3000mAh鋰離子電池的制備工藝的能量密度的要求進(jìn)行；

6)使用輥壓機(jī)將5)步驟得到的半成品負(fù)極片整體壓制一次，即得到鋰離子電池水性硅基負(fù)極片。

將實(shí)施例1得到的鋰離子電池水性硅基負(fù)極片使用18650-3000mAh工藝進(jìn)行制作成實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行測(cè)試對(duì)比：0.3C充電0.5C放電循環(huán)數(shù)據(jù)如下見圖1和圖2。電池充放電循環(huán)1000次保持率大于80％(如圖1)，對(duì)循環(huán)電池解剖后發(fā)現(xiàn)負(fù)極活性材料與集流體粘接性能良好，無脫落情況(如圖2)。

實(shí)施例2-4得到的鋰離子電池水性硅基負(fù)極片使用18650-3000mAh工藝進(jìn)行制作成實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行測(cè)試對(duì)比,結(jié)果和實(shí)施例1的測(cè)試結(jié)果類似，在此不再贅述。

對(duì)比實(shí)施例1-2：

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片，包括電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極，所述電池負(fù)極集流體和硅基負(fù)極之間設(shè)有導(dǎo)電涂層，所述導(dǎo)電涂層包括按質(zhì)量百分比計(jì)的如下原料：固含量為50％的丁苯橡膠乳液，羧甲基纖維素，導(dǎo)電碳黑，去離子水。所述電池負(fù)極集流體為銅箔,具體配方組成見表2。

表2

一種鋰離子電池水性硅基負(fù)極片的制備方法，包括以下步驟：

1)將配方量的羧甲基纖維素溶于配方量的溶劑中，在真空條件下攪拌1-10h，得到均勻的第一溶液；

2)將配方量的導(dǎo)電碳黑加入步驟1)得到的第一溶液中，在真空條件下攪拌1-12h，得到均勻的第一混合物；

3)將配方量的丁苯橡膠乳液加入步驟2)得到的第一混合物中，在真空條件下攪拌0.5-2h，得到均勻的第二混合物；

4)將步驟3)得到的第二混合物均勻的涂在電池負(fù)極集流體的表面，干燥后得到固態(tài)的導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電涂層的厚度為2-5μm；

5)在步驟4)得到導(dǎo)電涂層的表面涂覆一層硅基負(fù)極材料，得到具有硅基負(fù)極的半成品負(fù)極片；硅基負(fù)極材料的涂覆工藝是按照18650-3000mAh鋰離子電池的制備工藝的能量密度的要求進(jìn)行；

6)使用輥壓機(jī)將5)步驟得到的半成品負(fù)極片整體壓制一次，即得到鋰離子電池水性硅基負(fù)極片。

將對(duì)比實(shí)施例1得到的鋰離子電池水性硅基負(fù)極片使用18650-3000mAh工藝進(jìn)行制作成實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行測(cè)試對(duì)比：0.3C充電0.5C放電循環(huán)數(shù)據(jù)如下見圖3和圖4。電池充放循環(huán)300次保持率小于80％(如圖3)，對(duì)循環(huán)電池解剖后發(fā)現(xiàn)是負(fù)極活性材料脫落(如圖4)，電池循環(huán)后內(nèi)阻上升，導(dǎo)致循環(huán)性能差。

將對(duì)比實(shí)施例2得到的鋰離子電池水性硅基負(fù)極片使用18650-3000mAh工藝進(jìn)行制作成實(shí)驗(yàn)電池進(jìn)行測(cè)試對(duì)比：0.3C充電0.5C放電循環(huán)數(shù)據(jù)如下見圖5和圖6。電池充放電循環(huán)180次保持率小于80％(如圖5)，對(duì)循環(huán)電池解剖后發(fā)現(xiàn)是負(fù)極活性材料脫落(如圖6)，電池內(nèi)阻上升，導(dǎo)致電池循環(huán)性能差。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。