本技術(shù)涉及電池，特別是涉及改性碳納米管及制備方法、負(fù)極極片及制備方法、電池單體、電池、用電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于其輸出電壓高、能量密度大、功率密度高、循環(huán)壽命長以及良好的環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、儲(chǔ)能、動(dòng)力等領(lǐng)域。

2、隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電池能量密度要求越來越高。鋰離子電池常用的石墨負(fù)極的容量在360mah/g左右，已經(jīng)非常接近其理論比容量(372mah/g)，因此石墨負(fù)極很難滿足對(duì)電池高能量密度的需求。而同族硅材料，高溫下形成li22si5，對(duì)應(yīng)的比容量為4200mah/g，室溫下則形成li15si4，對(duì)應(yīng)的比容量為3579mah/g，因此硅作為負(fù)極可以提高電池能量密度。

3、但是，硅材料屬于半導(dǎo)體材料，電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性差，不利于材料電化學(xué)性能的發(fā)揮，影響著電池的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種改性碳納米管及制備方法、負(fù)極極片及制備方法、電池單體、電池、用電設(shè)備，提高改性碳納米管與硅材料表面的相互作用，完善硅材料的導(dǎo)電通路，發(fā)揮硅材料的電化學(xué)性能。

2、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種改性碳納米管，包括表面帶有改性基團(tuán)的碳納米管，所述改性基團(tuán)包括羧酸鹽。

3、改性基團(tuán)的羧酸鹽有利于提高碳納米管在溶劑中的均勻分散，使得采用硅材料和改性碳納米管形成負(fù)極漿料的過程中，改性碳納米管可以較為均勻的分散在硅材料的表面，完善硅材料的導(dǎo)電通路；同時(shí)，碳納米管表面的改性基團(tuán)的羧酸鹽與硅表面的羥基相互作用，增強(qiáng)碳納米管與硅材料之間的粘結(jié)力，進(jìn)一步利于完善硅材料的導(dǎo)電通路，發(fā)揮硅材料的電化學(xué)性能，進(jìn)而利于提高電池的能量密度。

4、在一實(shí)施方式中，所述改性基團(tuán)包括聚烴基羧酸鹽；可選地，所述聚烴基羧酸鹽包括聚丙烯基羧酸鋰、聚丙烯基羧酸鈉、聚丙烯基羧酸鎂中的任一種。聚烴基呈線型鏈狀，使得改性碳納米管作為硅基材料的添加劑時(shí)，改性基團(tuán)線型鏈錨定在硅顆粒的表面，束縛硅顆粒的膨脹，減小硅在與鋰進(jìn)行合金化的過程中體積膨脹率，阻礙硅顆粒的粉化和破碎、sei膜的破壞，利于提高電池的循環(huán)壽命，保持硅負(fù)極高能量密度的同時(shí)，提高其循環(huán)性能和充分發(fā)揮其動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢。

5、在一實(shí)施方式中，所述改性基團(tuán)包括氰基；可選地，所述改性基團(tuán)包括聚丙烯腈。使得改性碳納米管作為硅基活性材料的添加劑時(shí)，氰基能夠與硅表面的羥基相互作用，增強(qiáng)碳納米管與硅材料之間的粘結(jié)力，利于完善硅材料的導(dǎo)電通路，發(fā)揮硅材料的電化學(xué)性能，進(jìn)而利于提高電池的能量密度。

6、在一實(shí)施方式中，所述改性碳納米管為改性單壁碳納米管或改性多壁碳納米管，使得改性碳納米管具有較廣的適用性。

7、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種改性碳納米管的制備方法，包括將碳納米管分散在強(qiáng)氧化性溶液中，處理得到氧化碳納米管，所述氧化碳納米管中的部分碳被官能化為含氧基團(tuán)；將所述氧化碳納米管與改性劑反應(yīng)，得到預(yù)改性碳納米管，所述改性劑中包括?；?；將所述預(yù)改性碳納米管分散在堿性溶液中，處理得到改性碳納米管，所述改性碳納米管表面帶有改性基團(tuán)，所述改性基團(tuán)包括羧酸鹽。制備方法簡單易行，該制備方法制備得到的改性碳納米管至少具有與上述所述的改性碳納米管相同的優(yōu)勢。

8、在一實(shí)施方式中，所述將所述氧化碳納米管與改性劑反應(yīng)包括：向聚合物單體溶液中加入鏈引發(fā)劑，進(jìn)行聚合反應(yīng)形成聚合反應(yīng)液，所述聚合物單體中包括酰基；將所述氧化碳納米管的分散液加入所述聚合反應(yīng)液中，繼續(xù)反應(yīng)，得到所述預(yù)改性碳納米管。預(yù)改性碳納米管呈線型鏈狀，使得最終的改性碳納米管也呈線性鏈狀，線型鏈錨定在硅顆粒的表面，束縛硅顆粒的膨脹。

9、在一實(shí)施方式中，所述聚合物單體中還包括氰基；可選地，所述向聚合物單體溶液中加入鏈引發(fā)劑，進(jìn)行聚合反應(yīng)形成聚合反應(yīng)液包括：向丙烯腈和丙烯酰氯的混合溶液中加入鏈引發(fā)劑，加熱反應(yīng)；可選地，加熱溫度為55℃-65℃，反應(yīng)時(shí)間為7h-9h；可選地，所述將所述氧化碳納米管的分散液加入所述聚合反應(yīng)液中，繼續(xù)反應(yīng)包括：將所述氧化碳納米管的分散液逐滴加入到所述聚合反應(yīng)液中，繼續(xù)加熱反應(yīng)；可選地，加熱溫度為75℃-85℃，反應(yīng)時(shí)間為40h-50h；可選地，所述氧化碳納米管：所述鏈引發(fā)劑：所述丙烯腈：所述丙烯酰氯的重量份比例為(25％-35％)：(5％-7％)：(20％-30％)：(30％-40％)。氰基能夠與硅表面的羥基相互作用，增強(qiáng)碳納米管與硅材料之間的粘結(jié)力，利于完善硅材料的導(dǎo)電通路。

10、為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種負(fù)極極片，包括集流體和負(fù)極活性層；所述負(fù)極活性層設(shè)于所述集流體的至少一側(cè)，所述負(fù)極活性層包括負(fù)極活性材料和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括上述任一項(xiàng)所述的改性碳納米管或上述任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的改性碳納米管。

11、改性碳納米管中的鋰離子有助于提高鋰離子遷移速率，降低濃差極化；其次，改性碳納米管中羧基和氰基極性較大，可與硅顆粒表面的羥基等基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，增強(qiáng)碳納米管在硅顆粒表面的粘接力，解決了在循環(huán)充放電后，硅顆粒體積膨脹、收縮導(dǎo)致的碳納米管與硅顆?；?，進(jìn)而失去電接觸，導(dǎo)致壽命衰減的問題，保持較好的長循環(huán)壽命；最后，改性碳納米管的線性長鏈包覆在硅顆粒表面，束縛硅顆粒膨脹，可減少負(fù)極極片滿充反彈率，維持電池較高的能量密度和安全性。

12、在一實(shí)施方式中，所述負(fù)極活性層包括：第一負(fù)極活性層和第二負(fù)極活性層；所述第一負(fù)極活性層設(shè)于所述集流體的一側(cè)；所述第一負(fù)極活性層包括第一負(fù)極活性材料和第一導(dǎo)電劑，所述第一負(fù)極活性材料包括石墨；所述第二負(fù)極活性層設(shè)于所述第一負(fù)極活性層遠(yuǎn)離所述集流體的一側(cè)；所述第二負(fù)極活性層包括第二負(fù)極活性材料和第二導(dǎo)電劑，所述第二負(fù)極活性材料包括硅基材料，所述第二導(dǎo)電劑包括所述改性碳納米管。

13、通過將石墨與硅基材料分為兩層活性層，第二導(dǎo)電劑(即改性碳納米管)作用于硅顆粒表面，完善了硅基材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；在第二負(fù)極活性層與集流體之間設(shè)置第一負(fù)極活性層，石墨為脆性，強(qiáng)度不是很高，可以起到緩沖層的作用，可以很好緩沖并抑制硅基活性層脫嵌鋰離子時(shí)體積膨脹、收縮帶來的應(yīng)力變化，防止活性材料層在不斷充放電時(shí)與集流體剝離。第二導(dǎo)電劑與硅顆粒的粘接強(qiáng)度好，能阻礙在反復(fù)循環(huán)過程中碳納米管與硅顆粒發(fā)生滑移，保持較好的長循環(huán)壽命，另外，碳納米管上的接枝改性基團(tuán)進(jìn)一步束縛硅顆粒膨脹，可減小負(fù)極極片滿充反彈率，實(shí)現(xiàn)較高的能量密度和安全性。

14、在一實(shí)施方式中，所述第一導(dǎo)電劑包括炭黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管、所述改性碳納米管中的至少一種，第一導(dǎo)電劑選擇的多樣性。

15、解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種電池單體，包括上述任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片，至少具有與上述所述的負(fù)極極片相同的優(yōu)勢。

16、解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種電池，包括上述所述的電池單體或上述任一項(xiàng)所述的負(fù)極極片，至少具有與上述所述的電池單體或負(fù)極極片相同的優(yōu)勢。

17、解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種用電設(shè)備，包括上述所述的電池，至少具有與上述所述的電池相同的優(yōu)勢。

18、解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種負(fù)極極片的制備方法，包括提供負(fù)極漿料，所述負(fù)極漿料包括負(fù)極活性材料和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括上述任一項(xiàng)所述的改性碳納米管或上述任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的改性碳納米管；在集流體上涂覆所述負(fù)極漿料，形成負(fù)極活性層。使用該制備方法得到的負(fù)極極片制得的電池具有較高的能量密度和安全性，提高了電池的動(dòng)力學(xué)性能。

19、在一實(shí)施方式中，將石墨、粘接劑、第一導(dǎo)電劑、分散劑混合形成石墨漿料；將硅基材料、粘接劑、第二導(dǎo)電劑、分散劑混合形成硅基漿料，所述第二導(dǎo)電劑包括改性碳納米管；通過雙層涂布設(shè)備將所述石墨漿料和所述硅基漿料同時(shí)進(jìn)行涂布，其中所述石墨漿料涂覆于所述集流體表面，所述硅基漿料同時(shí)涂覆在所述石墨漿料表面；烘干，得到負(fù)極極片。

20、石墨與硅基材料分為兩層活性層，第二導(dǎo)電劑(即改性碳納米管)作用于硅顆粒表面，完善了硅基材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；在第二負(fù)極活性層與集流體之間設(shè)置第一負(fù)極活性層，石墨為脆性，強(qiáng)度不是很高，可以起到緩沖層的作用，可以很好緩沖并抑制硅基活性層脫嵌鋰離子時(shí)體積膨脹、收縮帶來的應(yīng)力變化，防止活性材料層在不斷充放電時(shí)與集流體剝離。第二導(dǎo)電劑與硅顆粒的粘接強(qiáng)度好，能阻礙在反復(fù)循環(huán)過程中碳納米管與硅顆粒發(fā)生滑移，保持較好的長循環(huán)壽命，另外，碳納米管上的接枝改性基團(tuán)進(jìn)一步束縛硅顆粒膨脹，可減小負(fù)極極片滿充反彈率，實(shí)現(xiàn)較高的能量密度和安全性。

21、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本技術(shù)的具體實(shí)施方式。