低膨胀硅基负极极片的制备方法、低膨胀硅基负极极片及固态电池与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种低膨胀硅基负极极片的制备方法、低膨胀硅基负极极片及固态电池。

背景技术：

1、现有的储能技术中，锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命等优势，已经广泛应用于新能源汽车等领域。但液态的锂离子电池能量密度提升达到极限以及存在严重的安全隐患，发展遇到了瓶颈。采用固态电解质的全固态锂电池有望解决液态锂离子电池上述不足，发展出具有安全性好、比能量高、循环寿命长等优点的下一代锂离子电池。

2、设计高能量密度固态电池，需要高容量正极和高容量负极，硅材料克容量高达4200mah/g，是理想的负极材料，但是硅基负极的体积膨胀是电池均面临的严重问题，一般应用高强度粘合剂，以期抑制硅负极的体积膨胀。巨大的体积膨胀会导致极片结构的破坏，严重影响固态电池的循环寿命；此外，巨大的体积膨胀给电池应用带来较大困难。

3、针对上述的负极极片的体积膨胀较大的技术问题，目前尚未提出有效解决方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种低膨胀硅基负极极片的制备方法、低膨胀硅基负极极片及固态电池，以解决现有技术中的负极极片的体积膨胀较大的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低膨胀硅基负极极片的制备方法，制备方法包括如下步骤：步骤s1，称取聚合物，将聚合物全部溶解于溶剂后，向溶剂中加入锂盐并充分溶解后，搅拌第一预设时长；步骤s2，加入纳米硅材料和导电剂，充分搅拌均匀后，得到纺丝液，加入引发剂并搅拌第二预设时长；步骤s3，将纺丝液装入静电纺丝设备中，应用静电纺丝工艺，在预设电压条件和预设距离条件下，将纺丝液制备成纳米纤维，并用铜箔接收，获得具有三维网络结构的第一硅基负极；步骤s4，对第一硅基负极应用紫外和/或热引发工艺，制备出交联型三维结构的第二硅基负极；步骤s5，将制备出的第二硅基负极辊压至预设孔隙率，获得低膨胀硅基负极极片。

3、进一步地，在步骤s4中，对第一硅基负极应用紫外和/或热引发技术，制备出交联型三维结构的第二硅基负极，包括：将第一硅基负极置于预设温度环境中，保温第三预设时长，获得第二硅基负极，预设温度环境为50℃≤环境温度t≤100℃；和/或，将第一硅基负极置于紫外环境中，照射第四预设时长，获得第二硅基负极。

4、进一步地，在步骤s3中，预设电压条件为15kv≤电压v≤50kv，预设距离条件为10cm≤距离l≤30cm。

5、进一步地，在步骤s1中，锂盐包括六氟磷酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种；溶剂包括dmf、dmac、nmp、乙腈中的至少一种；导电剂包括石墨、导电炭黑、碳纳米纤维中的至少一种；引发剂包括有机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂中的至少一种，引发剂与聚合物的质量比为0.1wt％～5wt％；纳米硅材料包括氧化亚硅、硅碳、硅的至少一种，纳米硅材料的粒径为d1，其中，10nm≤d1≤100nm。

6、进一步地，在步骤s1中，聚合物与锂盐的质量比为l1，其中，0.05≤l1≤1；聚合物全部溶解于溶剂后，聚合物浓度在5wt％～20wt％之间。

7、进一步地，在步骤s1中，聚合物包括peo、pan、pvdf、peo共聚物、pan共聚物、pvdf共聚物中的至少一种，聚合物的分子量为n1，其中，50万≤n1≤500万。

8、进一步地，peo的结构包括直链型、星型、梳型均聚物和嵌段型共聚物中的至少一种，其中，聚合物的端羟基均被含双键的羧酸类单体封端。

9、根据本发明的另一方面，提供了一种低膨胀硅基负极极片，低膨胀硅基负极极片由上述的制备方法制备，低膨胀硅基负极极片的极片厚度为h1，其中，1μm≤h1≤100μm。

10、进一步地，低膨胀硅基负极极片的质量为m，纳米硅材料的质量为m1，聚合物的质量为m2，锂盐的质量为m3，溶剂的质量为m4，导电剂的质量为m5，其中，5％≤m1/m≤70％；22％≤(m2+m3)/m≤94％；m4/m≤10％；1％≤m5/m≤8％。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种固态电池，固态电池具有低膨胀硅基负极极片，低膨胀硅基负极极片为上述的低膨胀硅基负极极片。

12、应用本发明的技术方案，通过静电纺丝技术、紫外线工艺或热引发工艺将聚合物、锂盐、导电剂和纳米硅材料制备成交联型三维结构的硅基负极，纳米纤维中的聚合物和锂盐组分可以保证硅基负极具有良好的导离子性，导电剂具有良好的导电子性，保证硅材料容量的发挥，聚合物具有较好的柔韧性，可以容纳纳米纤维内的硅膨胀，不至于使得硅材料从纳米纤维中脱落从而影响硅基负极的循环性能，通过在交联型三维结构的硅基负极中预留孔隙，本方案有效降低负极极片的膨胀，另外，本方案可以根据硅含量的多少调节三维负极结构的孔隙率以提高电池的循环性能，从而提升电池的容量保持率。

技术特征：

1.一种低膨胀硅基负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，对所述第一硅基负极应用紫外和/或热引发技术，制备出交联型三维结构的第二硅基负极，包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，预设电压条件为15kv≤电压v≤50kv，预设距离条件为10cm≤距离l≤30cm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

8.一种低膨胀硅基负极极片，其特征在于，所述低膨胀硅基负极极片由权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备，

9.根据权利要求8所述的低膨胀硅基负极极片，其特征在于，所述低膨胀硅基负极极片的质量为m，所述纳米硅材料的质量为m1，所述聚合物的质量为m2，所述锂盐的质量为m3，所述溶剂的质量为m4，所述导电剂的质量为m5，其中，

10.一种固态电池，其特征在于，所述固态电池具有低膨胀硅基负极极片，所述低膨胀硅基负极极片为权利要求8-9中任一项所述的低膨胀硅基负极极片。

技术总结
本发明提供了一种低膨胀硅基负极极片的制备方法、低膨胀硅基负极极片及固态电池，以解决负极极片体积膨胀较大的问题，制备方法包括：称取聚合物，将聚合物全部溶解于溶剂后，向溶剂中加入锂盐并充分溶解后，搅拌第一预设时长；加入纳米硅材料和导电剂，充分搅拌均匀后，得到纺丝液，加入引发剂并搅拌第二预设时长；将纺丝液装入静电纺丝设备中，应用静电纺丝工艺，在预设电压条件和预设距离条件下，将纺丝液制备成纳米纤维，并用铜箔接收，获得具有三维网络结构的第一硅基负极；对第一硅基负极应用紫外和/或热引发工艺，制备出交联型三维结构的第二硅基负极；将制备出的第二硅基负极辊压至预设孔隙率，获得低膨胀硅基负极极片。

技术研发人员：翟喜民,马小利,别晓非,刘丙学,姜涛,张鑫
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14