一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法及其产品
阅读说明：本技术 一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法及其产品 (Preparation method of silicon-carbon negative electrode plate with gradient structure and product thereof ) 是由 崔大祥 王金 张芳 卢玉英 葛美英 王亚坤 焦靖华 张放为 颜雪冬 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法及其产品,包括制备涂炭铜箔、制备不同比例的电极浆料和将浆料A和浆料B按照不同的顺序涂在涂炭铜箔上,形成炭层-浆料层这样的梯次结构。采用该方法得到的电池极片,减小了电池内阻,缓解了嵌锂过程中的体积膨胀,极大提升了电池的倍率性能和循环性能。操作简单易行,可控性高,适合产业化生产。(The invention discloses a preparation method of a silicon-carbon negative pole piece with a ladder structure and a product thereof. The battery pole piece obtained by the method reduces the internal resistance of the battery, relieves the volume expansion in the lithium embedding process, and greatly improves the rate capability and the cycle performance of the battery. The method is simple and easy to operate, high in controllability and suitable for industrial production.)
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法及其产品。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度，使用方便等优点，广泛用于便携式电子设备、电动工具、混合电动/全电动汽车等领域。随着适用领域的扩大和要求的提高，锂离子电池正在向追求轻量化、小型化方向发展。目前，商用的石墨负极理论容量为372mAh/g，在全电池中的克容量已达到355mAh/g，基本上是应用的极限值了。因此，高容量的电极材料越来越受到关注。其中，硅碳负极材料由于储量和超高的比容量，正成为电池企业的优选。
但是，硅碳材料存在明显的缺点，主要有以下几个方面：1）在充放电过程中，嵌脱锂引起硅体积膨胀，体积效应严重影响了电池的电化学性能；2）硅材料自身导电性比较差，造成电池首效很低，限制了电池容量的发挥。
因此，缓解充放电过程中的体积膨胀和提升材料及极片的导电性至为关键。
发明内容
基于现有技术的问题，本发明目的在于提供一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备得到的梯次结构硅碳负极极片产品。
本发明目的通过下述方案实现：一种梯次结构硅碳负极极片的制备方法，包括如下工艺过程 ：
1）制备涂炭铜箔：选取高导电材料作为导电剂，和粘结剂按一定比例混合调浆，涂在铜箔上；
2）制备不同比例的电极浆料：将硅碳活性材料，导电剂和粘结剂按不同配比混合调浆成两份不同浓度的浆料A和浆料B；
3）将浆料A和浆料按照不同的顺序涂在涂炭铜箔上，形成炭层-浆料层这样的梯次结构。
其中，粘结剂可选择电池染料通用的CMC等。
较优的，铜箔集流体的厚度为6-12um。
较优的，步骤1）中导电剂和粘结剂的质量比为1：1。
较优的，步骤2）中浆料A，硅碳活性材料，导电剂和粘结剂的质量比为9：0.5：0.5；浆料B硅碳活性材料，导电剂和粘结剂的质量比为4：2：1。
较优的，步骤1）中，涂炭的厚度为2um。
较优的，步骤2）中，浆料A的厚度为75um，浆料B的厚度为25um，或浆料A的厚度为25um，浆料B的厚度为75um。
本发明还提供了一种梯次结构硅碳负极极片，根据上述方法制备得到。
本发明通过碳层提高了活性材料与集流体的接触面积，一定程度提高了导电性，降低了内阻。不同比例梯度电极结构，缓解了电池循环过程中的体积膨胀，从而很好的改善了电池的电化学性能。本发明步骤操作简单，条件易控，便于大规模生产，节省了大量成本和时间，且大大改善了电池的电化学性能。
附图说明
图1是本发明的电极制备流程图；
图2是本发明的电池循环性能对比图。
具体实施方式
实施例1
一种梯次结构硅碳负极极片，如图1，按如下步骤制备：
1）制备涂炭铜箔：选取高导电材料石墨烯作为导电剂，和粘结剂按1：1比例混合调浆，涂在铜箔上，碳层厚度为2μm，在110℃下，真空干燥后备用；
2）制备不同比例的电极浆料：将硅碳活性材料、导电剂Super C和粘结剂按按照9：0.5：0.5配成浆料A和4：2：1配成浆料B；
3）先将浆料A涂在涂炭铜箔上，厚度为75μm，待干燥后，涂布浆料B，厚度为25μm，得到碳层-浆料A-浆料B梯次结构的电极，命名为电极CAB。
将本实施例对应电池在0.01-1.5V的电压范围测其充放电容量性能，其首效为75.6%，首次放电比容量为1500 mAh g-1，循环200圈后，放电比容量为1180 mAh g-1，如图2所示。
实施例2
一种梯次结构硅碳负极极片，与实施例1步骤近似，按如下步骤制备：
1）制备涂炭铜箔：选取高导电材料氧化石墨烯作为导电剂，和粘结剂按1：1比例混合调浆，涂在铜箔上，碳层厚度为2μm，在110℃下，真空干燥后备用；
2）制备不同比例的电极浆料：将硅碳活性材料、导电剂Super C和粘结剂按分别按照9：0.5：0.5配成浆料A和4：2：1配成浆料B；
3）先将浆料B涂在涂炭铜箔上，厚度为25μm，待干燥后，涂布浆料A，厚度为75μm，得到碳层-浆料B-浆料A梯次结构的电极，命名为电极CBA。
将本实施例对应电池在0.01-1.5V的电压范围测其充放电容量性能，其首效为74.2%，首次放电比容量为1556 mAh g-1，循环200圈后，放电比容量为1130 mAh g-1，如图2所示。
对比例1
一种梯次结构硅碳负极极片，按如下步骤制备：
1）制备涂炭铜箔：选取高导电材料氧化石墨烯作为导电剂，和粘结剂按1：1比例混合调浆，涂在铜箔上，碳层厚度为2μum，在110℃下，真空干燥后备用；
2）制备电极浆料：将硅碳活性材料、导电剂Super C和粘结剂按分别按照9：0.5：0.5配成浆料A；
3）先将浆料A涂在涂炭铜箔上，厚度为100μm，得到碳层-浆料A梯次结构的电极，命名为电极CA。
将本对比例对应电池在0.01-1.5V的电压范围测其充放电容量性能，其首效为71.8%，首次放电比容量为1453 mAh g-1 ，循环200圈后，放电比容量为1025 mAh g-1，如图2所示。
对比例2
一种梯次结构硅碳负极极片，按如下步骤制备：
1）制备不同比例的电极浆料：将硅碳活性材料、导电剂Super C和粘结剂按分别按照9：0.5：0.5配成浆料A和4：2：1配成浆料B；
2）将浆料A涂在铜箔上，厚度75μm，待干燥后，涂布浆料B，厚度为25μm，得到浆料A-浆料B梯次结构的电极，命名为电极AB。
将本对比例对应电池在0.01-1.5V的电压范围测其充放电容量性能，其首效为73.6%，首次放电比容量为1470 mAh g-1 ，循环200圈后，放电比容量为1150 mAh g-1，如图2所示。