[發(fā)明專利]一種負(fù)極極片、其制備方法和用途

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010502079.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111540882A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱忠泗;李倩偉;何巍;殷軍;顧嵐冰;邱敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北億緯動(dòng)力有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/133
• 分類號(hào): H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種負(fù)極極片、其制備方法和用途。所述負(fù)極極片包括集流體和依次設(shè)置于所述集流體表面的第一石墨材料層、硅基材料層和導(dǎo)電層。本發(fā)明所述負(fù)極極片采用三層涂層，內(nèi)層石墨材料層保持了充放電過(guò)程中，活性物質(zhì)層與集流體強(qiáng)的粘結(jié)作用；中間層為硅基材料層，增加了負(fù)極活性物質(zhì)的容量，提升電芯能量密度，增加極片內(nèi)部孔隙率，提升鋰離子傳輸速率；外層導(dǎo)電層，有效抑制中間層硅材料充放電過(guò)程膨脹引起的極片反彈，提升電芯的使用壽命；此外，外層導(dǎo)電層可以避免硅基材料因與電解液直接接觸，在生成SEI膜過(guò)程中，引起的鋰離子大量消耗，從而提升負(fù)極活性層的首次效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)極極片、其制備方法和用途。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種新能源工具，已經(jīng)普遍用于數(shù)碼、動(dòng)力工具及儲(chǔ)能領(lǐng)域；高能量密度、優(yōu)良的快充性能以及長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)使得鋰離子電池越來(lái)越受市場(chǎng)的歡迎。

高能量密度需求高的極片壓實(shí)、高的材料克容量以及充放電過(guò)程中低的極片反彈；快充性能需求低的極片壓實(shí)、小的極片面密度、均勻的電極孔隙分布以及電導(dǎo)率高的材料；長(zhǎng)循環(huán)壽命需要在充放電過(guò)程降低副反應(yīng)發(fā)生。

目前針對(duì)提升負(fù)極能量密度的普遍方法為在克容量較低的石墨負(fù)極中摻雜部分高克容量的硅基材料，但是硅基材料在充放電過(guò)程中體積變化非常大，容易破碎，破碎的硅材料重新與電解液反生反應(yīng)，在形成新的SEI膜過(guò)程中，消耗大量電解液，產(chǎn)生大量氣體，同時(shí)SEI膜不斷增厚，致使電芯循環(huán)壽命大幅度下降。

針對(duì)提升負(fù)極動(dòng)力學(xué)性能的普遍方法為對(duì)石墨材料表面進(jìn)行包覆，改變石墨表面各向同性，縮短鋰離子嵌入通道，但是包覆材料一般為軟碳，包覆后的材料克容量有一定降低，加速極片充放電過(guò)程中的反彈，高溫使用過(guò)程中電芯容量保持率降低，這些問(wèn)題會(huì)大大縮短電芯的循環(huán)壽命；此外，為了兼顧電池的能量密度及動(dòng)力學(xué)性能，普遍的方法為對(duì)石墨大小顆粒進(jìn)行復(fù)配，提升極片壓實(shí)及提升材料比表面積，但是高壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致極片孔隙低，不利于鋰離子在極片內(nèi)部傳輸，導(dǎo)致鋰離子在極片表面析出，電芯提前跳水。

CN103367714B公開(kāi)了一種鋰離子電池用石墨負(fù)極極片及其制備方法。所述制備方法包括：提供石墨負(fù)極極片，石墨負(fù)極極片包括負(fù)極集流體以及密實(shí)形成于負(fù)極集流體上且含有活性物質(zhì)石墨的負(fù)極膜片；使石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)強(qiáng)氧化性噴霧箱進(jìn)行處理；使強(qiáng)氧化性噴霧箱處理后的石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)高溫高濕箱；使高溫高濕處理后的石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)真空箱體；使抽真空處理后的石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)碳酸鋰噴霧箱進(jìn)行處理；使碳酸鋰噴霧箱處理后的石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)高溫高濕箱進(jìn)行處理；以及使鼓風(fēng)高溫高濕箱處理后的石墨負(fù)極極片經(jīng)過(guò)烘箱進(jìn)行烘干。但是所述負(fù)極極片動(dòng)力學(xué)性能較差。

CN107528044A公開(kāi)了一種鋰離子電池負(fù)極極片及其制備方法。所述鋰離子電池負(fù)極極片包括負(fù)極集流體、涂布于所述負(fù)極集流體上的硅碳層及涂布于所述硅碳層上的石墨層，所述硅碳層包覆所述負(fù)極集流體，所述石墨層包覆所述硅碳層，所述硅碳層內(nèi)包含碳納米管。但是所述負(fù)極極片動(dòng)力學(xué)性能較差。

因此，本領(lǐng)域需要開(kāi)發(fā)出一種新型的負(fù)極極片，其具有較好的動(dòng)力學(xué)性能，且能量密度較高，循環(huán)壽命較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)極極片、其制備方法和用途。所述負(fù)極極片可同時(shí)提升鋰離子電池的能量密度、動(dòng)力學(xué)性能和循環(huán)壽命，在大倍率條件下充電，負(fù)極表面無(wú)析鋰，同時(shí)有效抑制負(fù)極極片充電過(guò)程中的快速反彈。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括集流體和依次設(shè)置于所述集流體表面的第一石墨材料層、硅基材料層和導(dǎo)電層。