本發明涉及電池，具體涉及一種硅基負極片及其制備方法和應用。

背景技術：

1、在鋰離子電池發展進程中，追求更高的能量密度與更好的快充性能始終是核心目標。硅基負極片作為鋰離子電池的重要組成部分，其結構和性能直接影響電池的整體性能。

2、傳統的石墨負極雖然工藝成熟、成本低廉，但是能量密度提升空間有限，且在高倍率充放電下鋰離子傳輸效率漸顯不足。硅基材料以其超高理論比容量(高達4200mah/g，相比石墨的340-370mah/g優勢巨大)成為極具潛力的下一代負極材料。

3、目前的硅基負極片制備的鋰離子電池在充放電過程中存在巨大的體積膨脹(可達300％)，易導致電極結構粉化、活性物質脫落，循環壽命急劇下降，同時其本征導電性較差，阻礙了鋰離子與電子的快速傳導，從而導致硅基負極鋰離子電池性能無法滿足動力等領域的需求。

技術實現思路

1、基于目前的硅基負極材料導電性差的問題，本發明的目的在于提供一種硅基負極片及其制備方法和應用，通過雙層涂覆和構建導電網絡體系的雙策略來提升硅基鋰離子電池的倍率性能和循環性能。

2、本發明通過下述技術方案實現：

3、第一方面，本技術提供一種硅基負極片，包括負極集流體、以及位于所述負極集流體表面的負極涂層，所述負極涂層中含有負極活性物質，在所述負極涂層的表面開設有若干微納孔洞；

4、所述負極涂層包括靠近所述負極集流體的第一涂層、以及位于所述第一涂層至上的第二涂層；

5、所述第一涂層中的第一負極活性物質包括第一石墨，所述第二涂層中的第二負極活性物質包括第二石墨和硅基負極材料。

6、通過將石墨作為第一層，憑借其穩定的結構、良好的循環性能以及出色的導電性，為硅基負極片提供堅實基礎，保障電池基本性能；第二層采用導電劑改性硅基材料與石墨復合，借助微凹涂覆技術精準施涂，旨在引入高容量硅基成分提升能量密度的同時利用導電劑改善硅基材料的電子傳導路徑，并且借助微凹涂覆對涂層厚度、均勻度的精準把控，緩解硅基材料體積膨脹帶來的負面影響，優化整體電化學性能。

7、進一步的，所述第二涂層采用微凹涂覆的方法進行涂布。

8、第二涂層采用微凹涂覆的方法進行涂布，能夠實現更加均勻和精準的涂覆效果，減少了涂布過程中因不均勻而產生的缺陷，同時降低了因硅基材料分布不均帶來的電化學性能削弱。

9、進一步的，所述第一石墨的粒徑d90、d50和d10滿足1.05≤(d90-d10)/d50≤1.60。

10、第一涂層所采用的石墨，使得其粒徑分布滿足1.05≤(d90-d10)/d50≤1.60，其粒徑分布優化了顆粒之間的堆積結構和導電路徑，同時提升了材料的體積密度和平整性，從而為硅基負極片提供了較好的機械穩定性和導電性能，同時能夠增加體系的壓實密度。

11、進一步的，所述第一涂層中還包括第一導電劑、第一分散劑和第一粘結劑；

12、所述第一導電劑占第一涂層總質量的0～5％，所述第一分散劑占第一涂層總質量的0.1％～1.5％，所述第一粘結劑占第一涂層總質量的0.5％～3％。

13、進一步的，所述第一導電劑包括導電炭黑、乙炔黑、科琴黑、導電碳纖維中的任意一種或多種組合。

14、進一步的，所述第一分散劑包括羧甲基纖維素鈉和/或羧甲基纖維素鋰。

15、進一步的，所述第一粘結劑包括丁苯橡膠、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一種或多種。

16、進一步的，所述第二石墨的粒徑d90、d50和d10滿足1.05≤(d90-d10)/d50≤1.40。

17、進一步的，所述硅基負極材料包括硅氧和/或硅碳；所述硅基負極材料的粒徑滿足4μm≤d50≤10μm；所述硅基負極材料的含量為硅基負極片總活性物質總質量的5％～60％。

18、進一步的，所述第二涂層中的第二石墨與硅基負極材料的質量比為(5％～95％)：(95％～5％)。

19、進一步的，所述第二涂層中還包括第二導電劑、第二分散劑和第二粘結劑；

20、所述第二導電劑占所述第二涂層總質量的0～5％，所述第二分散劑占所述第二涂層總質量的0.1％～2％，所述第二粘結劑占所述第二涂層總質量的0.5％～8％。

21、進一步的，所述第一涂層和/或第二涂層的厚度為5μm-130μm。

22、進一步的，所述負極涂層的壓實密度為1.4g/cm3-1.85g/cm3。

23、進一步的，所述第二涂層的硅基負極材料為2d納米材料包覆改性的硅氧或硅碳材料。

24、進一步的，包覆方法為：將硅基負極材料、2d納米材料以及表面活性劑按比例裝入球磨罐中進行高能球磨；

25、所述硅基負極材料占總質量的90％～99.95％；2d納米材料占總質量的0.05％～10％；表面活性劑占總質量的0～1％。

26、其中，球磨時間為2～10小時，球磨轉速為300～800轉/分鐘；球磨過程中的溫度控制在室溫至60℃之間；球磨之后進行干燥的溫度控制在80℃～120℃之間，干燥時間為2～6小時。

27、第二涂層通過高能球磨技術制備的2d納米材料改性硅基材料，優化導電劑在硅基負極材料中的分布，緩解了硅基負極材料因體積膨脹帶來的循環穩定性問題，同時2d納米片的加入能夠有效改善硅基負極材料的電導率，增強材料的整體電化學性能。

28、進一步的，所述2d納米導電劑包括石墨烯、邁克烯、二硫化鈦、黑磷烯、二硫化鉬中的任意一種或多種。

29、進一步的，所述表面活性劑包括油酸、十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸中的任意一種或多種。

30、進一步的，所述微納孔為以周期性正列排布的圓形或橢圓形微納孔，孔徑在50nm～10μm，深度為5μm～130μm，孔間距為0.01mm～0.2mm，孔隙率控制在10％～20％。

31、其中，硅基負極片通過涂布、干燥、輥壓工序后進行激光造孔；激光種類為飛秒、皮秒或納秒激光器中的一種。

32、采用激光使硅基負極片料區表面形成孔徑為50nm～10μm的規則微納孔陣列，孔洞深度為5-130μm，微納孔間距為0.01～0.05mm，并通過孔洞形成的三維導電網絡有效降低界面電阻，減少鋰離子傳輸路徑曲折度，從而提升電池的倍率性能和循環性能。

33、第二方面，本技術提供一種硅基負極片的制備方法，包括以下步驟：

34、制備第一負極活性物質漿料：將第一石墨、第一導電劑、第一粘結劑和第一分散劑按比例混合，然后加入水攪拌，制成第一負極漿料；

35、制備第二負極活性物質漿料：將第二石墨、硅基負極材料、第二導電劑、第二粘結劑和第二分散劑按比例混合，然后加入水攪拌，制成第二負極漿料；

36、將第一負極漿料在負極集流體上進行雙面涂布、烘干，得到第一涂層，然后采用微凹涂覆方法將第二負極漿料涂覆在第一涂層之上，烘干后獲得第二涂層，將烘干后的極卷進行輥壓、分切，制備得到負極極片；

37、將制備的負極極片進行激光造孔，得到具有若干微納孔的硅基負極極片。

38、第三方面，本技術提供一種電池，包括上述硅基負極極片或上述制備方法制備的硅基負極極片。

39、本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

40、本發明第一涂層所采用的石墨，使得其粒徑分布滿足1.05≤(d90-d10)/d50≤1.60，其粒徑分布優化了顆粒之間的堆積結構和導電路徑，同時提升了材料的體積密度和平整性，從而為硅基負極片提供了較好的機械穩定性和導電性能，同時能夠增加體系的壓實密度；第二涂層采用了通過高能球磨技術制備的2d納米材料改性硅基材料，優化導電劑在硅基材料中的分布，緩解了硅基材料因體積膨脹帶來的循環穩定性問題，同時2d納米片的加入能夠有效改善硅基材料的電導率，增強材料的整體電化學性能；采用微凹涂覆技術對第二層硅基材料進行涂布，能夠實現更加均勻和精準的涂覆效果，減少了涂布過程中因不均勻而產生的缺陷，同時降低了因硅基材料分布不均帶來的電化學性能削弱；采用激光使硅基負極片料區表面形成孔徑為50nm-10μm的規則微納孔陣列，孔洞深度為5-130μm，微納孔間距為0.01～0.05mm，并通過孔洞形成的三維導電網絡有效降低界面電阻，減少鋰離子傳輸路徑曲折度，從而提升電池的倍率性能和循環性能。