本發(fā)明涉及于鋰離子電池的，且具體關(guān)于一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極以及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車領(lǐng)域與儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展，鋰離子電池需要邁向更高的能量密度、更高的安全性與更長(zhǎng)的壽命等境界發(fā)展。然而，由于商業(yè)化石墨負(fù)極(理論能量密度為372mahg-1)的局限性，傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池在實(shí)現(xiàn)更高能量密度方面面臨挑戰(zhàn)。此外，由于易揮發(fā)和易燃的液態(tài)電解質(zhì)，這些電池具有重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決這些問題，使用高容量正極與負(fù)極材料的固態(tài)電池受到越來(lái)越多的關(guān)注。硅由于其極高的理論比容量，相對(duì)較低的放電電壓，自然資源豐富，環(huán)境友好，廣泛認(rèn)為硅是最有希望替代石墨負(fù)極的下一代鋰離子電池負(fù)極材料，為硅領(lǐng)域以及鋰離子電池領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展提供更廣闊的可能性。

2、目前常見用于全固態(tài)電池硅負(fù)極是由活性物質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)、粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑以適當(dāng)比例組成復(fù)合硅負(fù)極，活性物質(zhì)占比較低，而僅使用活性物質(zhì)與粘結(jié)劑所制備的純硅負(fù)極可以進(jìn)一步提升能量密度。然而，在合金/去合金過(guò)程中，硅顆粒的巨大體積膨脹/收縮會(huì)造成活性硅顆粒結(jié)構(gòu)的坍塌和硅電極整體結(jié)構(gòu)的損壞，這導(dǎo)致在循環(huán)過(guò)程中可逆比容量快速衰減，阻礙硅基全固態(tài)電池的廣泛商業(yè)化應(yīng)用。鑒于此，確實(shí)有必要提出一種新方案來(lái)解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極以及其制備方法，其在于解決現(xiàn)有方法制備得到的全固態(tài)電池的純硅負(fù)極難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)的問題。

2、首先，本發(fā)明是這樣實(shí)施的：

3、一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其包括：一集流體以及一涂層，所述涂層包括自愈合粘結(jié)劑、導(dǎo)電聚合物、以及純硅顆粒。

4、示例地，所述自愈合粘結(jié)劑包括聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚(醚-硫脲)、及含有羥基、羧基、酰胺基、或脲基嘧啶酮的粘結(jié)劑中的一種或多種。

5、示例地，所述導(dǎo)電聚合物包括聚芴(pf)、聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)、聚乙烯二氧噻吩(pedot)、聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)、聚乙炔(pa)中的一種或多種。

6、示例地，所述純硅顆粒的純度大于99％，粒徑為20nm至120nm。

7、示例地，所述自愈合粘結(jié)劑與所述導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量比為1：(0.333至3)。

8、再來(lái)，本發(fā)明是這樣實(shí)施的：

9、一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其包括：將自愈合粘結(jié)劑與第一溶劑混合，以得到第一膠液；將導(dǎo)電聚合物與第二溶劑混合，以得到第二膠液；將所述第一膠液與所述第二膠液混合，以得到第三膠液；加入純硅顆粒至所述第三膠液并研磨，以得到負(fù)極漿料；以及將所述負(fù)極漿料與集流體結(jié)合并真空干燥，以得到純硅負(fù)極。

10、示例地，所述自愈合粘結(jié)劑包括聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚(醚-硫脲)、及含有羥基、羧基、酰胺基、或脲基嘧啶酮的粘結(jié)劑中的一種或多種。

11、示例地，所述導(dǎo)電聚合物包括聚芴(pf)、聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)、聚乙烯二氧噻吩(pedot)、聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)、聚乙炔(pa)中的一種或多種。

12、示例地，所述第一溶劑包括去離子水、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、苯甲醚、苯乙醚、乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃中的一種或多種。

13、示例地，所述第二溶劑包括去離子水、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、苯甲醚、苯乙醚、乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃中的一種或多種。

14、示例地，以所述第一膠液的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述自愈合粘結(jié)劑占10wt％至33.33wt％。

15、示例地，以所述第二膠液的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電聚合物占10wt％至33.33wt％。

16、示例地，所述第一膠液與所述第二膠液于所述第三膠液中的混合質(zhì)量比為1：(0.333至3)。

17、示例地，所述純硅顆粒的純度大于99％，粒徑為20nm至120nm，且于所述負(fù)極漿料中的固含量為90％至99％。

18、示例地，所述真空干燥的溫度為25℃至100℃，時(shí)間為0.5h至24h。

19、相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明帶來(lái)以下有益效果中的至少一者：

20、(1)本發(fā)明采用的自愈合粘結(jié)劑具有優(yōu)異的自愈能力和機(jī)械性能，能夠有效地修復(fù)體積變化造成硅的機(jī)械損傷，從而提高電極的電化學(xué)性能。

21、(2)本發(fā)明采用的導(dǎo)電聚合物可以同時(shí)充當(dāng)粘合劑和導(dǎo)電劑，形成牢固的導(dǎo)電結(jié)合，以低成本的方式提供電荷傳輸途徑，可以改善純硅的導(dǎo)電性。

22、(3)采用自愈合粘結(jié)劑與導(dǎo)電聚合物形成的復(fù)合粘結(jié)劑可形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而通過(guò)應(yīng)力釋放的方式減緩硅的體積膨脹增強(qiáng)純硅負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提升全固態(tài)電池的循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其特征在于，包括：一集流體以及一涂層，所述涂層包括自愈合粘結(jié)劑、導(dǎo)電聚合物、以及純硅顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其特征在于，所述自愈合粘結(jié)劑包括聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚(醚-硫脲)、及含有羥基、羧基、酰胺基、或脲基嘧啶酮的粘結(jié)劑中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物包括聚芴(pf)、聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)、聚乙烯二氧噻吩(pedot)、聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)、聚乙炔(pa)中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其特征在于，所述純硅顆粒的純度大于99％，粒徑為20nm至120nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極，其特征在于，所述自愈合粘結(jié)劑與所述導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量比為1：(0.333至3)。

6.一種用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述自愈合粘結(jié)劑包括聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚(醚-硫脲)、及含有羥基、羧基、酰胺基、或脲基嘧啶酮的粘結(jié)劑中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物包括聚芴(pf)、聚苯胺(pani)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)、聚乙烯二氧噻吩(pedot)、聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)、聚乙炔(pa)中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述第一溶劑包括去離子水、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、苯甲醚、苯乙醚、乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃中的一種或多種。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述第二溶劑包括去離子水、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷、苯甲醚、苯乙醚、乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃中的一種或多種。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，以所述第一膠液的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述自愈合粘結(jié)劑占10wt％至33.33wt％。

12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，以所述第二膠液的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電聚合物占10wt％至33.33wt％。

13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述第一膠液與所述第二膠液于所述第三膠液中的混合質(zhì)量比為1：(0.333至3)。

14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述純硅顆粒的純度大于99％，粒徑為20nm至120nm，且于所述負(fù)極漿料中的固含量為90％至99％。

15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述真空干燥的溫度為25℃至100℃，時(shí)間為0.5h至24h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出用于全固態(tài)電池的純硅負(fù)極以及其制備方法，其中純硅負(fù)極包括：一集流體以及一涂層，涂層包括自愈合粘結(jié)劑、導(dǎo)電聚合物、以及純硅顆粒，而制備方法包括：將自愈合粘結(jié)劑與第一溶劑混合，以得到第一膠液；將導(dǎo)電聚合物與第二溶劑混合，以得到第二膠液；將第一膠液與第二膠液混合，以得到第三膠液；加入純硅顆粒至第三膠液并研磨，以得到負(fù)極漿料；以及將負(fù)極漿料與集流體結(jié)合并真空干燥，以得到純硅負(fù)極。本發(fā)明可解決現(xiàn)有方法制備得到的全固態(tài)電池的純硅負(fù)極難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李偲嘉,張洪武,鄒羽慧,匡吳奇,申華清,景圣皓,劉洋,潘星星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南恩捷前沿新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2