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CN115440931A - 一种锂离子电池电极极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池电极极片及其制备方法 Download PDF

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CN115440931A
CN115440931A CN202211112623.9A CN202211112623A CN115440931A CN 115440931 A CN115440931 A CN 115440931A CN 202211112623 A CN202211112623 A CN 202211112623A CN 115440931 A CN115440931 A CN 115440931A
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张成智
王飞
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Ji Hua Laboratory
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电极极片及其制备方法，属于锂离子电池领域领域。本发明通过将成膜剂与活性物质混合，涂覆到电极极片上，然后进行碳化处理，构筑不含有机粘结剂的碳包覆颗粒电极片结构。将碳化过程引入到电极极片制备过程中，将有机粘结剂通过高温碳化，在极片上形成碳包覆层及化学键合，碳包覆层同时作为粘结剂和导电剂，改善电极极片的界面稳定性和电子传输性，在充放电过程中电极体积变化下还能保持良好的电子和离子传输性，提高电极的结构稳定性，降低膨胀率，提高电池的首次库伦效率，改善循环稳定性、倍率性能和低温性能。所述电极极片可应用于二次电池负极电极，具有较大的市场潜力。

Description

一种锂离子电池电极极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电极极片及其制备方法。
背景技术
不断增加的便携式电子设备和电动汽车市场，对发展更高能量密度二次电池的技术产生了重大影响。
电池组成材料的性能和制备工艺基本决定了电池的综合性能。相比于材料，极片制备优化有着特别的优势，其决定着活性物质的性能发挥，尤其是厚极片。
极片设计包括集流体、导电剂、粘结剂等优化以及柔性电极设计。其中集流体优化主要集中在：第一，将集流体做薄，减少非活性物质的占比；第二，在集流体上设计微结构，增强对活性物质等的链接。上述两种集流体优化都存在制造成本高，工艺复杂等问题。导电剂优化的最主要的目的在于提高极片的电子和离子传输性，目前效果较好的导电剂为石墨烯和碳纳米管，但受限于成本和极片制备复杂程度。柔性电极设计在扣式电池中可获得优异的电化学性能，尤其是面容量方面，体现出超高能量密度，但柔性电极较难进行极耳的焊接等问题制约了其在实际中的应用。
相比于前两种极片优化和柔性电极设计，设计合适的粘结剂是最有前景的优化方案。其中具有优良电子和离子传输性的粘结剂，不仅可充当粘结剂，而且可使极片中不需要添加导电剂，继而可增加活性物质在极片中的占比，从而提升电池的能量密度。然而，目前报道的此类粘结剂生产成本高且工艺复杂，制约其大规模的应用。此外，因大部分的粘结剂都为有机物，导致极片具有较高的电解溶胀率，加上活性物质在电化学过程中也容易发生膨胀，使用安全性堪忧。因此有必要探索新极片制备工艺取代使用导电型粘结剂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池电极极片及其制备方法，旨在通过碳化工艺制备得到一款含有活性物质1碳复合结构的锂离子电池电极极片，取代使用导电型粘结剂的电极片，并解决电极片稳定性差，电子和离子传输性能不理想，膨胀率高，安全性能有待提高等技术问题
为实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池电极极片，所述锂离子电池电极极片包括活性物质、集流体及包覆在所述活性物质和所述集流体上的碳包覆层，且不含有机物，所述活性物质为负极材料，所述负极材料包括石墨、硬碳、氧化亚硅和硅中的至少一种。
可选地，所述锂离子电池电极极片的压实密度1.0g c1-3≤ρ≤5.0g c1-3，单面面密度为1～200 1g c1-2，厚度为20～1000μ1，比表面积增幅≤100 12g-1。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种锂离子电池电极极片的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：
S10，将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀，得到粘性混合物，将所述粘性混合物涂覆在集流体表面，然后干燥，得到初始负极片；
S20，将所述初始负极片进行加热处理，制备得到锂离子电池电极极片；
其中，所述活性物质为负极材料，所述负极材料包括石墨、硬碳、氧化亚硅和硅中的至少一种。
可选地，所述活性物质与所述成膜剂重量比例为0.5:9.5～9.5:0.5。
可选地，所述将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀的步骤中，搅拌温度为10～200℃，搅拌时间为1～24h。
可选地，所述集流体为铜箔、钢箔、钛箔中的至少一种。
进一步可选地，所述集流体为铜箔。
可选地，在所述初始负极片进行加热处理的步骤中，在惰性气体氛围中进行对初始负极片进行加热处理，所述惰性气体氛围为氮气、氩气、氩氢混合气中的至少一种。
可选地，所述加热处理的温度为250～1500℃，升温速率为1～10℃1111，保温时间为0～24h。
可选地，对所述制备得到的锂离子电池电极极片进行二次碳包覆。
可选地，通过气相沉积法对所述锂离子电池电极极片进行二次碳包覆。
可选地，所述气相沉积法的温度为600～1200℃，保温时间为0.5～24h。
可选地，所述粘性混合物的粘度为1000～8000 1Pa·s。
可选地，所述活性物质颗粒D50为1～30μ1。
可选地，所述粘性混合物的粘度为1000～8000 1Pa·s。
可选地，所述成膜剂包括淀粉、淀粉衍生物、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚马来酸酐、聚季胺盐、水解聚丙烯酰胺、天然植物胶、聚氧化乙烯、离子型水溶性环氧树脂、离子型顺酐化聚丁二烯树脂、阳离子型水溶性聚氯树脂、水性沥青乳液、水性环氧树脂、水性聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、聚多巴胺、聚乙二醇、水性聚氨酯、聚丙烯酸、瓜尔胶、壳聚糖、明胶、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、黄原胶、海藻酸钙、吉兰糖胶、环糊精、刺梧桐胶、阿拉伯树胶及其衍生物中的一种或多种。
本发明所能实现的有益效果：
本发明提供了一种锂离子电池电极极片，包含活性物质、碳包覆层和集流体。所述碳包覆层既具有导电剂的功能，还因为在高温环境下与活性物质、集流体形成键合作用，又充当着粘结剂的角色，互相之间具有很强的界面结合力，使活性物质在电化学过程中发生的膨胀受到限制，可以有效缓解体积膨胀的同时，保证电极结构不受破坏，降低电极片的膨胀率。此外，因为电极极片中不含有机物，所以电解液溶胀率几乎为零，而传统的负极片的电解溶胀率高达50％，低的电极膨胀率和低的电解液溶胀率可以提高使用安全性电化学性能。
所述锂离子电池电极极片应用到电池上，可使电池具有低温性能和能量密度高，首次库伦效率高，循环稳定性好的优点。另外，由于碳包覆层具有优异的电子和离子传输性，可设计厚度＞300μ1的超厚极片，进一步减少非活性组分的比例，从而能够提升电池的能量密度并降低成本。
本发明所公开的电极制备方法简单易行，无污染、安全可靠、成本低廉，适用性更普遍，生产效率更高，可实现工业化批量生产，不添加导电剂，减少了工艺复杂程度和制造成本，降低了低1非活性物质在电极中的比例，易制得高压实极片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1～4一种锂离子电池电极极片的制备方法的工艺流程图。
图2为本发明实施例5一种锂离子电池电极极片的制备方法的工艺流程图。
图3为本发明实施例1中锂离子电池电极极片的表面扫描电镜图像。
图4为本发明实施例1中用聚焦离子束切割锂离子电池电极极片后的截面扫描电镜背散射电子图像。
图5为本发明实施例1中锂离子电池电极极片在0.033C(1C＝3579 1A1g)电流密度下的首次充放电曲线。
图6为本发明实施例1中锂离子电池电极极片在0.033C(1C＝3579 1A1g)电流密度下的循环性能图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种锂离子电池电极极片，所述电极极片包括活性物质，集流体及包覆在所述活性物质和所述集流体上的碳包覆层，且不含有机物，所述活性物质为负极材料，所述负极材料包括石墨、硬碳、氧化亚硅和硅中的至少一种，所述碳包覆层可以同时作为电极极片的粘结剂和导电剂。
所述锂离子电池电极极片的压实密度为1.0gc1-3≤ρ≤5.0gc1-3，单面面密度为1～2001gc1-2，厚度为20～1000μ1，比表面积增幅≤10012g-1。
本发明还提出如上所述锂离子电池电极极片的制备方法，在一实施例中，参照图1，所述制备方法包括以下步骤：
S10，将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀，得到粘性混合物，将所述粘性混合物涂覆在集流体表面，然后干燥，得到初始负极片。
所述成膜剂包括水溶性聚合物，但是不限于水溶性聚合物，优选地，所述成膜剂包括淀粉、淀粉衍生物、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚马来酸酐、聚季胺盐、水解聚丙烯酰胺、天然植物胶、聚氧化乙烯、离子型水溶性环氧树脂、离子型顺酐化聚丁二烯树脂、阳离子型水溶性聚氯树脂、水性沥青乳液、水性环氧树脂、水性聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、聚多巴胺、聚乙二醇、水性聚氨酯、聚丙烯酸、瓜尔胶、壳聚糖、明胶、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、黄原胶、海藻酸钙、吉兰糖胶、环糊精、刺梧桐胶、阿拉伯树胶及其衍生物中的一种或多种。
本发明不限制所述活性物质与所述成膜剂的重量比，优选地，所述活性物质与所述成膜剂重量比例为0.5:9.5～9.5:0.5；在一些实施例中，所述活性物质的D50为1～30μ1，比表面积为1～1012g-1；在一些实施例中，将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀的温度优选为10～200℃，搅拌时间优选为1～24h。在如上所述的优选条件下，活性物质与所述成膜剂可以混合得更加均匀，也能促进后续的碳化反应。
在本实施例中，所述成膜剂可以理解为粘结剂，当所述成膜剂为水溶性聚合物，可将所述水溶性聚合物先溶解到去离子水和酒精的混合溶液中，再加入活性物质，可以避免因活性物质与成膜剂分散不均，继而影响所述碳包覆层的电化学性能。
此外，粘性混合物的粘度优选为1000～8000 1Pa·s。在1000～80001Pa·s的粘度内，可以加强粘性混合物在集流体上的附着力，防止在高温碳化过程中，粘性混合物因粘度不足而掉落，影响成品中碳包覆层作为粘接剂的效果。
本发明不限制所述集流体的种类，优选为铜箔、钢箔、钛箔中的至少一种，进一步地，所述集流体为铜箔。
S20，将所述初始负极片进行加热处理，制备得到锂离子电池电极极片。
具体地，在惰性气体氛围中进行加热处理，所述惰性气体氛围为氮气、氩气、氩氢混合气中的至少一种。
本步骤中加热处理的温度优选为250～1500℃，升温速率优选1～10℃1111，保温时间为0～24h。使碳化温度保持缓慢上升的速度，可以防止因为温度瞬间升高，所述粘性混合物受热不均，导致碳包覆层产生裂纹，活性物质颗粒粉化。另外，需要说明的是，所述保温时间是从升温开始到稳定的温度后开始计算。保温时间0～24h可以理解为：既可以进行保温处理，也可以不进行保温处理，而进行保温处理，可以进一步提升所述碳包覆层的电化学稳定性。
本发明将热处理工艺引入到极片制备过程中，在极片上形成活性物质1碳复合结构，构筑一体化电极，可以大幅度提高电极片的电子和离子传输性等性能，从而获得高首次库伦效率、长循环稳定的负极电极片。
所述锂离子电池电极极片的活性物质1碳复合结构不同于单颗粒活性物质的碳包覆，而是在集流体上形成了以活性物质为增强相、碳包覆层为基体的复合材料，颗粒与颗粒之间存在强的约束力，即所述碳包覆层与活性物质颗粒之间、碳包覆层与集流体之间都存在较强的化学键合作用，使所述碳包覆层可同时作为电极极片的粘结剂和导电剂，更能适应活性物质的体积变化，控制活性物质在电化学过程中的膨胀程度，可有效防止碳包覆层破裂，活性物质颗粒粉化，保证形成的导电环境不被破坏，从而降低电极片的膨胀率。此外，因为电极极片中不含有机物，所以电解液溶胀率几乎为零，而传统的负极片的电解溶胀率高达50％。低的电极膨胀率和低的电解液溶胀率可以提高使用安全性和电化学性能。
此外，因为不含有机物且含水量极低，可使电极极片具有高导热且不易燃、安全性能高的特点。
其中，集流体在高温环境下与碳包覆层形成键合作用，所述键合作用包括但不限于C-O-Cu，C-O-Fe和C-O-T1键中的至少一种；所述活性物质在高温环境下与碳包覆层形成键合作用，所述键合作用包括但不限于C-O-C，C-O-S1和C-S1中的一种或者多种。
在另一实施例中，参照图2，所述制备方法还包括将所述锂离子电池电极极片进行二次碳包覆。
具体地，在保护性气氛下，通入含碳工艺气体进行碳元素的气相沉积，对电极极片进行二次碳包覆，所述保护性气氛为氮气、氩气、氩氢混合气中的至少一种。所述含碳工艺气体为C1-4的烷烃、C2-4的烯烃、C2-4的炔烃中的一种。经过二次碳包覆，可以进一步提高电极极片的机械稳定性和电化学稳定性。
通过本发明制得的锂离子电池电极极片的压实密度为1.0gc1-3≤ρ≤5.0gc1-3，单面面密度为1～2001g c1-2，厚度为20～1000μ1，比表面积增幅≤10012g-1。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图1，所述一种锂离子电池电极极片的制备方法包括以下步骤：
S10，称量200 1g可溶性淀粉，溶解于去离子水中，在80℃水浴条件下搅拌0.5h，然后加入200 1g粒度为5μ1的硅粉，在10℃下搅拌1h得到粘性混合物。将粘性混合物均匀地涂覆在10μ1的钢箔上，干燥后得到初始极片。
S20，将S10的初始极片冲片制成直径为1211的扣式电池极片后，移至管式炉进行热处理，其碳化程序为：以10℃1111升温至1500℃后，保温0.5h，制得锂离子电池电极极片。
在本实施例中，所述锂离子电池电极极片为微米硅基锂离子电池电极极片，可直接作为工作极片用于扣式电池的组装，所述活性物质包括硅和碳。
用扫描电子显微镜对实施例1所得的微米硅基锂离子电池电极极片进行表征，结果如图3所示：微米硅基锂离子电池电极极片上的微米硅颗粒附近均匀沉积了一层淀粉碳。
用聚焦离子束将所述微米硅基锂离子电池电极极片进行切割后，用扫描电子显微镜对其切割后暴露的横切面进行表征，得到扫描电镜背散射电子图像，如图4所示：电极在碳化之后形成了良好的电子和离子传输网络。
实施例2
参照图1，所述一种锂离子电池电极极片的制备方法包括以下步骤：
S10，称量1901g羧甲基纤维素钠，溶解于去离子水和酒精的混合液中，搅拌0.5h，然后加入10 1g粒度为3011的硅粉，在25℃下搅拌6h后得到粘性混合物，将所述粘性混合物均匀地涂覆在10μ1的铜箔上，干燥后得到初始极片。
S20，将S10的初始极片冲片制成直径为1211的扣式电池极片后，移至管式炉进行加热碳化处理，所述碳化处理程序为：以1℃1111升温至500℃后，保温2h，制得锂离子电池电极极片。
在本实施例中，所述锂离子电池电极极片为纳米硅基锂离子电池电极极片，可以直接作为工作极片用于扣式电池的组装，所述活性物质包括硅和碳。
实施例3
在本实施例中，参照图1，所述一种锂离子电池电极极片的制备方法包括以下步骤：
S10，称量2001g乙基纤维素，溶解于去离子水和酒精的混合液中，搅拌持续0.5h，然后加入6001g粒度为12μ1的石墨，在200℃条件下搅拌12h得到粘性混合物，将所述粘性混合物均匀地涂覆在10μ1的钛箔上，干燥后得到初始极片。
S20，将S10的初始极片冲片制成直径为1211的扣式电池极片后，移至管式炉进行加热碳化处理，所述碳化处理程序为：以5℃1111升温至250℃后，保温24h，制得锂离子电池电极极片。
在本实施例中，所述锂离子电池电极极片为一体化石墨基锂离子电池电极极片，可以直接作为工作极片用于扣式电池的组装，所述活性物质包括硅和碳。
实施例4
在本实施例中，参照图1，所述一种锂离子电池电极极片的制备方法包括以下步骤：
S10，称量501g羧甲基纤维素钠放入称量瓶中，溶解于去离子水和酒精的混合液中，搅拌0.5h，然后加入4501g粒度为12μ1的石墨和5001g粒度为5μ1的微米硅，在30℃条件下搅拌15h得到粘性混合物，将所述粘性混合物均匀地涂覆在10μ1的铜箔上，干燥后得到初始极片。
S20，将S10的初始极片冲片制成直径为1211的扣式电池极片后，移至管式炉进行加热碳化处理，所述碳化处理程序为：以1℃1111升温至500℃，制得锂离子电池电极极片。
在本实施例中，所述锂离子电池电极极片为硅1石墨基锂离子电池电极极片，可以直接作为工作极片用于扣式电池的组装，所述活性物质包括硅、石墨和碳。
实施例5
参照图2，本实施例的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于，通过气相沉积法将S20得到的锂离子电池电极极片进行二次碳包覆：在氮气的保护气氛下，通入C1-4的烷烃和C2-4的烯烃，在1200℃的条件下，沉积碳元素24h，得到二次碳包覆的锂离子电池电极极片。
对比例1
对比例1与实施例1的制备方法相同，不同之处在于，不进行S20步骤中的加热处理。
性能测试
分别以实施例1-5和对比例1得到的电极极片作为其中之一的电极，以金属锂片作为对电极，进行扣式电池的组装。其中，均通过以下方式调配电解液：采用1.0M六氟磷酸锂(L1PF6)溶解在体积比为1：1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)中，添加7.5％氟代碳酸乙烯酯(FEC)和0.5％碳酸亚乙烯酯(VC)作为电解液。
1、设置首次循环电流密度为0.033C(1C＝35791A1g)，对上述所有扣式电池进行充放电，测定电极极片的首次充电比容量、首次充电比容量、循环电流密度为0.33C时循环50次后的比容量及容量保持率。结果见表1。
表1实施例1至5和对比例1所得电极极片的电化学性能对比
Figure BDA0003842932060000091
Figure BDA0003842932060000101
2、在首次循环电流密度为0.033C，1C＝3721A1g，倍率保持率基于0.1C的条件下，测定实施例1至5和对比例1电极极片的恒流比，结果见表2。
表2实施例1至5与对比例1所得电极极片的电化学性能对比
Figure BDA0003842932060000102
由图5、图6和表1可知，实施例1的微米硅基锂离子电池电极极片的首次放电比容量为3366.71Ah1g，充电比容量为3084.01Ah1g，其首次库伦效率高达91.6％，电流密度为0.33C循环50圈后容量依旧保持2002.51Ah1g的超高容量。
此外，实施例2-5的电极极片都具有较高的首次库伦效率和首次充电比容量、循环50次后，还具有较高的比容量和容量保持率。
对比例1的电极极片没有通过加热过程，其电化学性能较差，在循环50次后容量保持率几乎为零。
由表2可知，此方法制备的极片具有优异的倍率性能，具备较好的电子离子运输能力。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀，得到粘性混合物，将所述粘性混合物涂覆在集流体表面，然后干燥，得到初始负极片；
将所述初始负极片进行加热处理，制备得到锂离子电池电极极片；
其中，所述活性物质为负极材料，所述负极材料包括石墨、硬碳、氧化亚硅和硅中的至少一种。
2.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，所述活性物质与所述成膜剂重量比例为0.5:9.5～9.5:0.5。
3.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，所述将活性物质与成膜剂混合、搅拌均匀的步骤中，搅拌温度为10～200℃，搅拌时间为1～24h。
4.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，所述集流体为铜箔、钢箔、钛箔中的至少一种。
5.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，在所述初始负极片进行加热处理的步骤中，在惰性气体氛围中进行对初始负极片进行加热处理，所述惰性气体氛围为氮气、氩气、氩氢混合气中的至少一种。
6.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为250～1500℃，升温速率为1～10℃1111，保温时间0～24h。
7.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，对所述制备得到的锂离子电池电极极片进行二次碳包覆。
8.如权利要求7所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，通过气相沉积法对所述锂离子电池电极极片进行二次碳包覆。
9.如权利要求1所述锂离子电池电极极片的制备方法，其特征在于，所述成膜剂包括淀粉、淀粉衍生物、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚马来酸酐、聚季胺盐、水解聚丙烯酰胺、天然植物胶、聚氧化乙烯、离子型水溶性环氧树脂、离子型顺酐化聚丁二烯树脂、阳离子型水溶性聚氯树脂、水性沥青乳液、水性环氧树脂、水性聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、聚多巴胺、聚乙二醇、水性聚氨酯、聚丙烯酸、瓜尔胶、壳聚糖、明胶、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、黄原胶、海藻酸钙、吉兰糖胶、环糊精、刺梧桐胶、阿拉伯树胶及其衍生物中的一种或多种。
10.一种权利要求1至9任意一项制备方法制备得到的锂离子电池电极极片，其特征在于，所述锂离子电池电极极片包括活性物质、集流体及包覆在所述活性物质和所述集流体上的碳包覆层，且不含有机物，所述活性物质为负极材料，所述负极材料包括石墨、硬碳、氧化亚硅和硅中的至少一种。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115663195A (zh) * 2022-12-22 2023-01-31 博路天成新能源科技有限公司 硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备
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CN116936750A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 季华实验室 锂离子电池负极片及其制备方法、负极片浆料、锂离子电池
WO2024179533A1 (zh) * 2023-03-01 2024-09-06 郑州大学 一种水系粘结剂及其在钠离子电池硬碳负极中的应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115663195A (zh) * 2022-12-22 2023-01-31 博路天成新能源科技有限公司 硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备
WO2024179533A1 (zh) * 2023-03-01 2024-09-06 郑州大学 一种水系粘结剂及其在钠离子电池硬碳负极中的应用
CN116168959A (zh) * 2023-03-28 2023-05-26 天津普兰能源科技有限公司 一种低产气干法电极片、超级电容及制备方法
CN116168959B (zh) * 2023-03-28 2023-09-12 天津普兰能源科技有限公司 一种低产气干法电极片、超级电容及制备方法
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