權(quán)利要求
1.負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片包括集流體，以及依次層疊設(shè)置在所述集流體至少一個表面上的鋰金屬層和復(fù)合硅負(fù)極層，所述復(fù)合硅負(fù)極層由負(fù)極材料以及包埋在所述負(fù)極材料中的纖維層組成，所述負(fù)極材料包括硅基負(fù)極材料，所述纖維層中負(fù)載有金屬顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述鋰金屬層的厚度為20～80μm，所述復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為10～50μm，所述復(fù)合硅負(fù)極層中所述纖維層的厚度為5～20μm；
可選的，所述鋰金屬層與所述復(fù)合硅負(fù)極層的厚度之比為(1～3):(1～2)；
可選的，所述鋰金屬層與所述復(fù)合硅負(fù)極層的重量之比為(1～5):(1～2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，以所述負(fù)極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述硅基負(fù)極材料的重量百分含量為90～99wt％；
可選的，所述負(fù)極材料還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以所述負(fù)極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電劑的重量百分含量為0.5～5wt％，所述粘結(jié)劑的重量百分含量為0.5～5wt％；
可選的，所述硅基負(fù)極材料選自硅粉、硅氧化物、硅薄膜、硅納米線、硅納米管、多孔硅和中空結(jié)構(gòu)硅中的至少一種；所述導(dǎo)電劑選自碳納米管、乙炔黑、碳纖維、科琴黑和導(dǎo)電炭黑中的至少一種；所述粘結(jié)劑選自聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠和海藻酸鈉中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極片，其特征在于，所述纖維層包括靜電紡絲纖維層，所述靜電紡絲纖維層包括靜電紡絲纖維，所述金屬顆粒負(fù)載于所述靜電紡絲纖維中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)極片，其特征在于，所述靜電紡絲纖維的直徑為3～10μm，所述金屬顆粒的粒徑為50～200nm；
可選的，所述靜電紡絲纖維由聚合物原料制備得到，所述聚合物原料選自聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚己內(nèi)酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一種；
可選的，所述金屬顆粒選自銀、金、銅、鋁、銦、鍺、鈉、鎂、鉻、鈦、鋇、鎳、鉬、鈷、鉑、鋅、鐵、錫、鉍和銻中的至少一種；
可選的，在所述靜電紡絲纖維中，所述聚合物原料與所述金屬顆粒的重量之比為(2～5):1。
6.制備權(quán)利要求1～5中任一項所述的負(fù)極片的方法，其特征在于，包括如下操作：
將負(fù)極材料漿料涂覆于纖維層的一個表面，烘干，得負(fù)極材料-纖維復(fù)合片；其中，所述負(fù)極材料漿料中含有硅基負(fù)極材料，所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片由負(fù)極材料以及包埋在所述負(fù)極材料中的纖維層組成，所述纖維層中負(fù)載有金屬顆粒；
將所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片與鋰金屬-集流體復(fù)合片的鋰金屬面相對設(shè)置，壓合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述纖維層為靜電紡絲纖維層，所述靜電紡絲纖維層包括靜電紡絲纖維，所述金屬顆粒負(fù)載于所述靜電紡絲纖維中，所述靜電紡絲纖維層的制備過程包括：
取聚合物原料，溶于溶劑，得聚合物溶液；
取所述聚合物溶液，加入所述金屬顆粒，分散均勻，得復(fù)合流體；
取所述復(fù)合流體，進行靜電紡絲處理，烘干；
可選的，所述溶劑選自N,N-二甲基甲酰胺、去離子水、四氫呋喃、丙酮和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一種；
可選的，所述聚合物溶液中，所述聚合物原料的濃度為0.1～0.2g/mL；
可選的，所述靜電紡絲處理的條件包括：所述復(fù)合流體的流速為0.009～0.02mL/min，電壓為10～20Kv，收集距離為10～15cm，溫度為20～30℃，時間為1～3h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述鋰金屬-集流體復(fù)合片由集流體以及位于所述集流體一個表面上的鋰金屬組成；
可選的，所述壓合的壓力為50～200Mpa，時間為3～10min。
9.電池，其特征在于，所述電池包括權(quán)利要求1～5中任一項所述的負(fù)極片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池，其特征在于，所述電池為液相鋰二次電池、半固態(tài)鋰二次電池和全固態(tài)鋰二次電池中的任一種。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)極片及其制備方法與電池。
背景技術(shù)
[0002]隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品(如筆記本電腦、手機和數(shù)碼相機)以及電動汽車領(lǐng)域中。由于相關(guān)用電設(shè)備的快速更新?lián)Q代，相關(guān)領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池的能量密度提出了更高的要求。然而，目前商用鋰離子電池的負(fù)極材料主要為石墨，石墨的能量密度(372mAh/g)較低，難以滿足高能量密度的要求。
[0003]硅基負(fù)極材料具有較高的理論比容量(4200mAh/g)，是石墨負(fù)極材料的理想替代材料，然而硅基負(fù)極材料在充放電過程中會發(fā)生巨大的體積膨脹，體積變化超過400％，這會導(dǎo)致負(fù)極材料的破碎、粉化、剝離，最終導(dǎo)致容量的快速衰減，這些缺點限制了硅負(fù)極的大規(guī)模運用。
[0004]同時，鋰金屬也因其較高的理論容量(3860mAh/g)和較低的電位，而成為理想的負(fù)極材料。然而，在利用鋰金屬作為負(fù)極的電池中，鋰離子的不均勻沉積會導(dǎo)致鋰枝晶的形成，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，會使電解質(zhì)膜穿透而導(dǎo)致電池短路，而且，鋰金屬負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)的相容性較差，金屬鋰與固態(tài)電解質(zhì)直接接觸會發(fā)生副反應(yīng)，這不僅會消耗鋰金屬，還會增大電池內(nèi)阻，最終導(dǎo)致電池的電性能變差。
[0005]因此，相關(guān)技術(shù)中的硅基負(fù)極材料和鋰金屬負(fù)極材料均存在各自的缺陷，導(dǎo)致硅基負(fù)極鋰離子電池和鋰金屬負(fù)極鋰離子電池的電性能較差。
發(fā)明內(nèi)容
[0006]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的硅基負(fù)極鋰離子電池和鋰金屬負(fù)極鋰離子電池的電性能較差的缺陷，從而提供一種負(fù)極片及其制備方法與電池。
[0007]為此，本發(fā)明提供一種負(fù)極片，所述負(fù)極片包括集流體，以及依次層疊設(shè)置在所述集流體至少一個表面上的鋰金屬層和復(fù)合硅負(fù)極層，所述復(fù)合硅負(fù)極層由負(fù)極材料以及包埋在所述負(fù)極材料中的纖維層組成，所述負(fù)極材料包括硅基負(fù)極材料，所述纖維層中負(fù)載有金屬顆粒。
[0008]可選的，所述鋰金屬層的厚度為20～80μm，所述復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為10～50μm，所述復(fù)合硅負(fù)極層中所述纖維層的厚度為5～20μm；
[0009]可選的，所述鋰金屬層與所述復(fù)合硅負(fù)極層的厚度之比為(1～3):(1～2)；
[0010]可選的，所述鋰金屬層與所述復(fù)合硅負(fù)極層的重量之比為(1～5):(1～2)。
[0011]可選的，以所述負(fù)極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述硅基負(fù)極材料的重量百分含量為90～99wt％；
[0012]可選的，所述負(fù)極材料還包括導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以所述負(fù)極材料的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電劑的重量百分含量為0.5～5wt％，所述粘結(jié)劑的重量百分含量為0.5～5wt％；
[0013]可選的，所述硅基負(fù)極材料選自硅粉、硅氧化物、硅薄膜、硅納米線、硅納米管、多孔硅和中空結(jié)構(gòu)硅中的至少一種；所述導(dǎo)電劑選自碳納米管、乙炔黑、碳纖維、科琴黑和導(dǎo)電炭黑中的至少一種；所述粘結(jié)劑選自聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠和海藻酸鈉中的至少一種。示例性的，所述硅氧化物可以是氧化亞硅、氧化硅或者非化學(xué)計量的SiOx。
[0014]可選的，所述纖維層包括靜電紡絲纖維層，所述靜電紡絲纖維層包括靜電紡絲纖維，所述金屬顆粒負(fù)載于所述靜電紡絲纖維中。
[0015]可選的，所述靜電紡絲纖維的直徑為3～10μm，所述金屬顆粒的粒徑為50～200nm；
[0016]可選的，所述靜電紡絲纖維由聚合物原料制備得到，所述聚合物原料選自聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一種；
[0017]可選的，所述金屬顆粒選自銀、金、銅、鋁、銦、鍺、鈉、鎂、鉻、鈦、鋇、鎳、鉬、鈷、鉑、鋅、鐵、錫、鉍和銻中的至少一種；
[0018]可選的，在所述靜電紡絲纖維中，所述聚合物原料與所述金屬顆粒的重量之比為(2～5):1。
[0019]可選的，所述集流體可以在一定的范圍內(nèi)選擇，例如，所述集流體可以為厚度10μm的銅箔。
[0020]本發(fā)明還提供了一種制備上述所述的負(fù)極片的方法，包括如下操作：
[0021]將負(fù)極材料漿料涂覆于纖維層的一個表面，烘干，得負(fù)極材料-纖維復(fù)合片；其中，所述負(fù)極材料漿料中含有硅基負(fù)極材料，所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片由負(fù)極材料以及包埋在所述負(fù)極材料中的纖維層組成，所述纖維層中負(fù)載有金屬顆粒；
[0022]將所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片與鋰金屬-集流體復(fù)合片的鋰金屬面相對設(shè)置，壓合。
[0023]其中，在將負(fù)極材料漿料涂覆于纖維層的一個表面上時，由于負(fù)極材料漿料具有流動性，涂覆在纖維層表面上后，負(fù)極材料漿料會逐漸浸潤纖維層，并最終完全包覆纖維層，干燥后形成負(fù)極材料包埋纖維層的構(gòu)造。
[0024]可選的，所述負(fù)極材料漿料的固含量為20～50％，所述負(fù)極材料漿料中還含有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以所述負(fù)極材料漿料中固體成分的干基總重量為基準(zhǔn)，所述硅基負(fù)極材料的重量百分含量為90～99wt％，所述導(dǎo)電劑的重量百分含量為0.5～5wt％，所述粘結(jié)劑的重量百分含量為0.5～5wt％。
[0025]可選的，所述硅基負(fù)極材料選自硅粉、硅氧化物、硅薄膜、硅納米線、硅納米管、多孔硅和中空結(jié)構(gòu)硅中的至少一種；所述導(dǎo)電劑選自碳納米管、乙炔黑、碳纖維、科琴黑和導(dǎo)電炭黑(Super-P)中的至少一種；所述粘結(jié)劑選自聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠和海藻酸鈉中的至少一種。
[0026]可選的，在將負(fù)極材料漿料涂覆于纖維層的一個表面時，所述負(fù)極材料漿料的涂覆厚度為20～70μm，所述纖維層的厚度為5～20μm。
[0027]可選的，在烘干得到負(fù)極材料-纖維復(fù)合片時，烘干的溫度為80～100℃，時間為8～12h。
[0028]可選的，所述纖維層為靜電紡絲纖維層，所述靜電紡絲纖維層包括靜電紡絲纖維，所述金屬顆粒負(fù)載于所述靜電紡絲纖維中；所述靜電紡絲纖維層的制備過程包括：取聚合物原料，溶于溶劑，得聚合物溶液；取所述聚合物溶液，加入所述金屬顆粒，分散均勻，得復(fù)合流體；取所述復(fù)合流體，進行靜電紡絲處理，烘干。
[0029]可選的，在對靜電紡絲處理的產(chǎn)品進行烘干時，烘干的溫度為60～100℃，時間為4～12h。
[0030]可選的，所述溶劑選自N,N-二甲基甲酰胺、去離子水、四氫呋喃、丙酮和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一種。
[0031]可選的，所述聚合物原料選自聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一種。
[0032]可選的，所述金屬顆粒選自銀、金、銅、鋁、銦、鍺、鈉、鎂、鉻、鈦、鋇、鎳、鉬、鈷、鉑、鋅、鐵、錫、鉍和銻中的至少一種；所述金屬顆粒的粒徑為50～200nm。
[0033]可選的，所述聚合物溶液中，所述聚合物原料的濃度為0.1～0.2g/mL。
[0034]可選的，在所述復(fù)合流體中，所述聚合物原料與所述金屬顆粒的重量之比為(2～5):1。
[0035]可選的，所述靜電紡絲處理的條件包括：所述復(fù)合流體的流速為0.009～0.02mL/min，電壓為10～20Kv，收集距離為10～15cm，溫度為20～30℃，時間為1～3h。
[0036]可選的，所述鋰金屬-集流體復(fù)合片由集流體以及位于所述集流體一個表面上的鋰金屬組成。
[0037]可選的，所述集流體為銅箔；在所述鋰金屬-集流體復(fù)合片中，所述集流體的厚度為10μm，所述鋰金屬的厚度為20～80μm。
[0038]所述壓合的壓力為50～200Mpa，時間為3～10min。
[0039]本發(fā)明還提供了一種電池，所述電池包括上述所述的負(fù)極片。
[0040]可選的，所述電池為液相鋰二次電池、半固態(tài)鋰二次電池和全固態(tài)鋰二次電池中的任一種。
[0041]本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：
[0042](1)本發(fā)明提供的負(fù)極片，包括集流體，以及依次層疊設(shè)置在所述集流體至少一個表面上的鋰金屬層和復(fù)合硅負(fù)極層，所述復(fù)合硅負(fù)極層由負(fù)極材料以及包埋在所述負(fù)極材料中的纖維層組成，所述負(fù)極材料包括硅基負(fù)極材料。首先，負(fù)極片中同時設(shè)置有鋰金屬層和含有硅基負(fù)極材料的復(fù)合硅負(fù)極層，不僅能夠提供充足的鋰源，提高首次效應(yīng)，還能夠提升容量密度；其次，鋰金屬層位于集流體與復(fù)合硅負(fù)極層之間，一方面能夠避免鋰枝晶穿透電解質(zhì)膜，另一方面能夠有效避免鋰金屬與電解質(zhì)層直接接觸，從而避免鋰金屬與電解質(zhì)層發(fā)生副反應(yīng)；再者，復(fù)合硅負(fù)極層中設(shè)有纖維層，纖維層能夠為復(fù)合硅負(fù)極層中硅基負(fù)極材料的體積膨脹提供緩沖空間，避免硅負(fù)極層因體積膨脹而發(fā)生破碎、粉化和剝離。
[0043]因此，本發(fā)明的負(fù)極片不僅緩解了硅基負(fù)極材料因體積膨脹而導(dǎo)致容量衰減的問題，還緩解了鋰金屬易產(chǎn)生鋰枝晶、與電解質(zhì)層發(fā)生副反應(yīng)的問題，同時通過鋰金屬層和復(fù)合硅負(fù)極層的復(fù)用，顯著提升了電池的電化學(xué)性能，特別是顯著提升了電池的能量密度。
[0044](2)本發(fā)明提供的負(fù)極片，纖維層中負(fù)載有金屬顆粒，能夠增強鋰離子傳導(dǎo)。
附圖說明
[0045]為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0046]圖1是本發(fā)明實施例1中的靜電紡絲纖維層的SEM檢測結(jié)果圖；
[0047]圖2是本發(fā)明實施例1制備得到的負(fù)極片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]附圖標(biāo)記：
[0049]1、集流體；2、鋰金屬層；3、復(fù)合硅負(fù)極層；301、負(fù)極材料；302、纖維層。
具體實施方式
[0050]提供下述實施例是為了更好地進一步理解本發(fā)明，并不局限于所述最佳實施方式，不對本發(fā)明的內(nèi)容和保護范圍構(gòu)成限制，任何人在本發(fā)明的啟示下或是將本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)的特征進行組合而得出的任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0051]實施例中未注明具體實驗步驟或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻所描述的常規(guī)實驗步驟的操作或條件即可進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)試劑產(chǎn)品。
[0052]實施例1
[0053]本實施例提供一種負(fù)極片，由如下方法制備：
[0054](1)纖維層的制備：
[0055]稱取0.632g聚丙烯腈(PAN)，溶于6mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，攪拌溶解20min，得到聚合物溶液；向所述聚合物溶液中加入0.2g的納米銀顆粒(粒徑為100nm)，室溫下磁力攪拌12h，得到復(fù)合流體；利用靜電紡絲裝置對所述復(fù)合流體進行靜電紡絲處理，復(fù)合流體的流速為0.009mL/min，電壓設(shè)置為15Kv，發(fā)射針頭和收集器之間的收集距離為12cm，溫度為20℃，紡絲時間為3h；靜電紡絲處理結(jié)束后，將收集得到的聚合物纖維于100℃下烘干12h，得到靜電紡絲纖維層，該靜電紡絲纖維層的厚度為10μm，其SEM檢測結(jié)果如圖1所示。
[0056](2)負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的制備：
[0057]稱取硅粉95g、碳納米管粉末2.5g和聚丙烯酸2.5g，分散于適量的去離子水中，并使用真空攪拌器攪拌40min，形成均勻的固含量為42％的負(fù)極材料漿料；將操作(1)制備得到的靜電紡絲纖維層固定在PET基材表面，使用刮刀涂布的方式將所述負(fù)極材料漿料涂布在靜電紡絲纖維層的表面，涂布厚度為20μm；涂布結(jié)束后在真空烘箱中以100℃烘干12h，冷卻后從PET基材表面揭下，得到負(fù)極材料-纖維復(fù)合片，該負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的厚度為15μm。
[0058](3)負(fù)極片制備：
[0059]取由銅箔片和鋰金屬復(fù)合形成的鋰金屬-集流體復(fù)合片(鋰層厚度為30微米，銅箔厚度為10微米)，將所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片與所述鋰金屬-集流體復(fù)合片的鋰金屬面相對設(shè)置后，放置于平板熱壓機的壓板之間(10cm×10cm)，以壓力100Mpa保壓時間5min，得到本實施例的負(fù)極片。
[0060]本實施例制備得到的負(fù)極片如圖2所示，該負(fù)極片包括集流體1(銅箔)，以及依次層疊設(shè)置在集流體一個表面上的鋰金屬層2和復(fù)合硅負(fù)極層3，復(fù)合硅負(fù)極層3由負(fù)極材料301以及包埋在負(fù)極材料中的纖維層302組成。
[0061]其中，鋰金屬層的厚度為28μm，復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為14μm，鋰金屬層與復(fù)合硅負(fù)極層的厚度之比為2：1，重量之比為2.5：1；負(fù)極材料中含有95wt％的硅基負(fù)極材料(硅粉)；纖維層由靜電紡絲纖維構(gòu)成，靜電紡絲纖維中負(fù)載有納米銀顆粒，靜電紡絲纖維的直徑為5μm，其中聚合物原料(聚丙烯腈)與納米銀顆粒的重量之比為3.16：1。
[0062]實施例2
[0063]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例中纖維層的制備過程為：
[0064]稱取0.703g聚偏氟乙烯(PVDF)，溶于5mL的N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，攪拌溶解20min，得到聚合物溶液；向所述聚合物溶液中加入0.2g的納米錫顆粒(粒徑為80nm)，室溫下磁力攪拌12h，得到復(fù)合流體；利用靜電紡絲裝置對所述復(fù)合流體進行靜電紡絲處理，復(fù)合流體的流速為0.016mL/min，電壓設(shè)置為15Kv，發(fā)射針頭和收集器之間的收集距離為15cm，溫度為20℃，紡絲時間為3h；靜電紡絲處理結(jié)束后，將收集得到的聚合物纖維于100℃下烘干12h，得到靜電紡絲纖維層，該靜電紡絲纖維層的厚度為10μm。
[0065]本實施例制備得到的負(fù)極片中，纖維層由靜電紡絲纖維構(gòu)成，靜電紡絲纖維中負(fù)載有納米錫顆粒，靜電紡絲纖維的直徑為5μm，其中聚合物原料(聚偏氟乙烯)與納米錫顆粒的重量之比為3.515：1。
[0066]實施例3
[0067]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(2)中負(fù)極材料漿料的涂覆厚度為40微米，所得負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的厚度為30μm；操作(3)中的壓合壓力為120Mpa，時間為5min。
[0068]本實施例制備得到的負(fù)極片中，鋰金屬層的厚度為28μm，復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為28μm，鋰金屬層與復(fù)合硅負(fù)極層的厚度之比為1：1，重量之比為1.25：1。
[0069]實施例4
[0070]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(2)中負(fù)極材料漿料的涂覆厚度為70微米，所得負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的厚度為50μm；操作(3)中的壓合壓力為150Mpa，時間為3min。
[0071]本實施例制備得到的負(fù)極片中，鋰金屬層的厚度為28μm，復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為48μm，鋰金屬層與復(fù)合硅負(fù)極層的厚度之比約為1：1.7，重量之比為1.25：1.7。
[0072]實施例5
[0073]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(2)中使用的硅基負(fù)極材料為氧化亞硅。
[0074]實施例6
[0075]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(2)中按照90：5：5的重量比稱取硅粉、碳納米管粉末和聚丙烯酸。
[0076]實施例7
[0077]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(3)中所使用的鋰金屬-集流體復(fù)合片中，鋰層的厚度為20μm。
[0078]實施例8
[0079]按照實施例1的方法制備負(fù)極片，不同的是，本實施例操作(3)中所使用的鋰金屬-集流體復(fù)合片中，鋰層的厚度為80μm。
[0080]對比例1
[0081]按照如下方法制備負(fù)極片：
[0082](1)纖維層的制備：
[0083]稱取0.632g聚丙烯腈(PAN)，溶于6mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，攪拌溶解20min，得到聚合物溶液；向所述聚合物溶液中加入0.2g的納米銀顆粒(粒徑為100μm)，室溫下磁力攪拌12h，得到復(fù)合流體；利用靜電紡絲裝置對所述復(fù)合流體進行靜電紡絲處理，復(fù)合流體的流速為0.009mL/min，電壓設(shè)置為15Kv，發(fā)射針頭和收集器之間的收集距離為12cm，溫度為20℃，紡絲時間為3h；靜電紡絲處理結(jié)束后，將收集得到的聚合物纖維于100℃下烘干12h，得到靜電紡絲纖維層，該靜電紡絲纖維層的厚度為10μm。
[0084](2)負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的制備：
[0085]按照95：2.5：2.5的重量比稱取硅粉、碳納米管粉末和聚丙烯酸，分散于適量的去離子水中，并使用真空攪拌器攪拌40min，形成均勻的固含量為42％的負(fù)極材料漿料；將操作(1)制備得到的靜電紡絲纖維層固定在PET基材表面，使用刮刀涂布的方式將所述負(fù)極材料漿料涂布在靜電紡絲纖維層的表面，涂布厚度為45μm；涂布結(jié)束后在真空烘箱中以100℃烘干12h，冷卻后從PET基材表面揭下，得到負(fù)極材料-纖維復(fù)合片，該負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的厚度為38μm。
[0086](3)負(fù)極片制備：
[0087]取銅箔片(厚度10微米)，將所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片與所述銅箔片相對設(shè)置后，放置于平板熱壓機的壓板之間(10cm×10cm)，以壓力100Mpa保壓時間5min，得到負(fù)極片。
[0088]本對比例制備的負(fù)極片包括集流體(銅箔)，以及設(shè)置在集流體一個表面上的復(fù)合硅負(fù)極層，復(fù)合硅負(fù)極層由負(fù)極材料以及包埋在負(fù)極材料中的纖維層組成，復(fù)合硅負(fù)極層的厚度為36μm。
[0089]對比例2
[0090]按照如下方法制備負(fù)極片：
[0091]取銅箔片(厚度10微米)，并在該銅箔片上壓合厚度為30μm的鋰金屬層，得到負(fù)極片。
[0092]對比例3
[0093]按照如下方法制備負(fù)極片：
[0094](1)按照90：2.5：2.5的重量比稱取硅粉、碳納米管粉末和聚丙烯酸，分散于適量的去離子水中，并使用真空攪拌器攪拌40min，形成均勻的固含量為42％的負(fù)極材料漿料；
[0095](2)取由銅箔片和鋰金屬復(fù)合形成的鋰金屬-集流體復(fù)合片(鋰層：30微米，銅箔：10微米)，使用刮刀涂布的方式將所述負(fù)極材料漿料涂布在鋰金屬-集流體復(fù)合片的鋰金屬面上，涂覆厚度為20μm；
[0096](3)涂布結(jié)束后在真空烘箱中以100℃烘干12h，然后放置于平板熱壓機的壓板之間(10cm×10cm)，以壓力100Mpa保壓時間5min，得到負(fù)極片。
[0097]對比例4
[0098]按照如下方法制備負(fù)極片：
[0099](1)纖維層的制備：
[0100]稱取0.632g聚丙烯腈(PAN)，溶于6mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，攪拌溶解20min，得到聚合物溶液；利用靜電紡絲裝置對所述聚合物溶液進行靜電紡絲處理，聚合物溶液的流速為0.009mL/min，電壓設(shè)置為15Kv，發(fā)射針頭和收集器之間的收集距離為12cm，溫度為20℃，紡絲時間為3h；靜電紡絲處理結(jié)束后，將收集得到的聚合物纖維于100℃下烘干12h，得到靜電紡絲纖維層，該靜電紡絲纖維層的厚度為10μm。
[0101](2)負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的制備：
[0102]按照90：2.5：2.5的重量比稱取硅粉、碳納米管粉末和聚丙烯酸，分散于適量的去離子水中，并使用真空攪拌器攪拌40min，形成均勻的固含量為42％的負(fù)極材料漿料；將操作(1)制備得到的靜電紡絲纖維層固定在PET基材表面，使用刮刀涂布的方式將所述負(fù)極材料漿料涂布在靜電紡絲纖維層的表面，涂布厚度為20μm；涂布結(jié)束后在真空烘箱中以100℃烘干12h，冷卻后從PET基材表面揭下，得到負(fù)極材料-纖維復(fù)合片，該負(fù)極材料-纖維復(fù)合片的厚度為15μm。
[0103](3)負(fù)極片制備：
[0104]取由銅箔片和鋰金屬復(fù)合形成的鋰金屬-集流體復(fù)合片(鋰層厚度為30微米，銅箔厚度為10微米)，將所述負(fù)極材料-纖維復(fù)合片與所述鋰金屬-集流體復(fù)合片的鋰金屬面相對設(shè)置后，放置于平板熱壓機的壓板之間(10cm×10cm)，以壓力100Mpa保壓時間5min，得到負(fù)極片。
[0105]本對比例制備得到的負(fù)極片中，纖維層中未負(fù)載有金屬顆粒。
[0106]實驗例
[0107]分別利用實施例1-8以及對比例1-4的負(fù)極片制備電池，制備方法如下：
[0108]在氬氣手套箱內(nèi)，將負(fù)極片和硫化物電解質(zhì)膜沖切成直徑10mm的圓片；將提前沖切好的直徑10mm的正極(活性物質(zhì)為NCM811)圓片放置在模具套筒內(nèi)，接著依次放入硫化物電解質(zhì)膜圓片和負(fù)極圓片，模具加壓60Mpa，組裝得到固態(tài)電池。
[0109]對組裝得到的各固態(tài)電池進行循環(huán)性能測試，測試條件為：溫度30℃，充放電倍率為0.3C，電壓范圍為2.5-4.25V(Li+/Li)。測試結(jié)果如表1所示。
[0110]表1各固態(tài)電池的循環(huán)性能測試結(jié)果
[0111]
[0112]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：蜂巢能源科技(無錫)有限公司
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2025年03月21日 ~ 23日 
