[發(fā)明專利]電極及其制備方法、電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010195933.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN113497217A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚海民;郭鎮(zhèn)斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港理工大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M4/134;H01M4/139;H01M4/1395;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 高星

本發(fā)明屬于能源裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電極及其制備方法、電池。本發(fā)明提供的電極，包括：集流體和電極材料層，電極材料層設(shè)置在集流體上，且電極材料層包括至少兩個(gè)疊層單元，疊層單元沿電極材料層的厚度方向依次層疊設(shè)置；將距離集流體最近的疊層單元標(biāo)記為L(zhǎng)₁，將距離集流體最遠(yuǎn)的電極材料層標(biāo)記為L(zhǎng)_m，按照疊層單元與集流體的距離由近到遠(yuǎn)的順序，將設(shè)置在L₁和L_m之間的多個(gè)疊層單元依次命名為L(zhǎng)₂、…、L_m?1；其中，疊層單元在集流體上的投影面積大小為：L₁＞L₂＞…＞L_m?1＞L_m。如此，有效增強(qiáng)了電極材料層與集流體間界面的抗分層能力，從而減輕嵌鋰/脫鋰過程中如硅基負(fù)極材料等電極材料巨大的體積變化對(duì)電池性能的負(fù)面影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電極及其制備方法、電池。

背景技術(shù)

作為一種儲(chǔ)能元件，鋰離子電池(LIB)在電動(dòng)汽車和可穿戴電子產(chǎn)品等新興產(chǎn)業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用。然而，當(dāng)前的鋰離子電池的性能，包括容量、可循環(huán)性和負(fù)載量，不能滿足產(chǎn)業(yè)日益發(fā)展的要求，開發(fā)高性能鋰離子電池迫在眉睫。作為其性能的主要指標(biāo)之一，鋰離子電池的容量在很大程度上取決于所用的電極材料。傳統(tǒng)的碳基負(fù)極材料表現(xiàn)出令人滿意的循環(huán)性能，但是，其理論容量?jī)H為372mAh/g。與碳材料相比，許多負(fù)極材料具有較高的容量，但它們都受限于同一個(gè)問題，即充放鋰過程中的體積膨脹問題。例如，硅(Si)具有最高的理論容量(4200mAh/g)，且在地殼中具有豐富的儲(chǔ)量，極具潛力成為下一代鋰電池負(fù)電極材料。然而，由于在嵌鋰/脫鋰過程中硅會(huì)發(fā)生巨大的體積變化(300％-400％)，導(dǎo)致電極材料層的損傷和性能的快速衰退，因此，目前硅基鋰離子電池的循環(huán)壽命相對(duì)較短。

為了有效利用硅材料的高容量，解決其體積變化所帶來的問題是關(guān)鍵。為了更好地解決該問題，人們做出了多種嘗試，例如：1)在硅顆粒上施加涂層以抑制其在嵌鋰/脫鋰化過程中的體積變化，然而，在某些情況下，該涂層可能會(huì)加速硅顆粒的破裂；2)在硅中引入各種中空結(jié)構(gòu)如多孔硅或卵黃-殼結(jié)構(gòu)(yolk-shell structured)，以吸收鋰化引起的體積變化，然而，該技術(shù)的制造工藝復(fù)雜，不適合批量生產(chǎn)；3)將電極材料層分割離散成島狀結(jié)構(gòu)，但是，該方法會(huì)大大降低活性物質(zhì)的質(zhì)量負(fù)載，在工業(yè)上的適用性有限；4)中國(guó)專利(CN201810687494.3)嘗試了將電極材料中的硅含量進(jìn)行梯度化，然而，該技術(shù)仍限于實(shí)驗(yàn)室，未投入工業(yè)化生產(chǎn)。因而，如何更加有效地解決由于硅納米負(fù)極材料在嵌鋰/脫鋰過程中發(fā)生體積變化而導(dǎo)致鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能退化的問題，仍有待進(jìn)一步探索與完善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種電極材料，旨在解決現(xiàn)有硅納米負(fù)極材料在嵌鋰/脫鋰過程中發(fā)生體積變化而導(dǎo)致電池的循環(huán)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能退化的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述電極材料的制備方法。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種電池。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明提供了一種電極，包括：集流體和電極材料層，所述電極材料層設(shè)置在所述集流體上，且所述電極材料層包括至少兩個(gè)疊層單元，所述疊層單元沿所述電極材料層的厚度方向依次層疊設(shè)置；

將距離所述集流體最近的疊層單元標(biāo)記為L(zhǎng)₁，將距離所述集流體最遠(yuǎn)的電極材料層標(biāo)記為L(zhǎng)_m，按照所述疊層單元與所述集流體的距離由近到遠(yuǎn)的順序，將設(shè)置在L₁和L_m之間的多個(gè)疊層單元依次命名為L(zhǎng)₂、…、L_m-1；