[發明專利]一種硅碳負極極片及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011000830.6
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112103469B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 尚德華;楊澤乾
• 申請（專利權）人: 傲普（上海）新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/42;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京壹川鳴知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11765
• 代理人: 徐軍科

本發明適用于鋰離子電池技術領域，提供了一種硅碳負極極片及其制備方法和鋰離子電池，該硅碳負極極片包括：集流體；第一碳負極層，設置在所述集流體上；主材料層，設置在所述集流體上；所述主材料層包括具有凹坑結構的硅碳負極區以及填充在所述凹坑結構中的碳負極區；以及第二碳負極層，設置在所述主材料層上。本發明采用彈性導電劑均勻分散，包裹在硅碳材料顆粒表面，如此在硅碳材料膨脹時起到緩沖作用。另外，本發明采用凹版印刷涂布技術，硅碳材料與含鋰鹽碳材料間隙分布，鋰鹽可為硅碳材料補鋰并形成SEI膜，碳材料為硅碳材料提供體積膨脹的緩沖，可以同時解決硅碳材料首效低、膨脹破裂的問題。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種硅碳負極極片及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

目前在二次電池領域，鋰離子電池因其綠色環保、高能量功率密度、高工作電壓等優異特性廣泛應用新能源車、儲能系統、消費電子等領域。作為鋰離子電池4大組成部分之一的負極，多年來仍以石墨類碳材料為主。但其372mAh/g的理論克容量已經無法滿足高能量密度的需求，因此新型高比容量材料得到廣泛研究。硅負極的理論比容量高達4200mAh/g,嵌鋰電壓低并且儲量豐富，有望替代石墨成為下一代負極材料。但硅作為負極材料使用時存在嵌鋰后體積膨脹巨大，容易造成材料剝離、粉化、SEI膜破裂，首效低等問題硅碳混用可一定程度上減輕上述問題，但仍不能有效解決。針對硅碳負極，現有技術主要分為三種：1、包覆，在硅材料表面包覆一層碳材料形成核殼結構可抑制硅材料粉化或在硅碳材料表面包覆一層類似SEI的保護膜抑制材料的膨脹破裂；2、極片緩沖層，在硅碳負極上再涂覆一層石墨層硅碳負極體積膨脹的緩沖，增加極片彈性；3、預鋰化，通過多孔鋰箔或在硅碳負極漿料中添加鋰粉，預先補充鋰可提升硅碳負極的首次效率，減少不可逆容量的損失。

硅作為最有希望替代石墨的下一代材料，為使其早日商業化，研究者們進行了大量的研究和技術開發，經過多年嘗試，硅碳混合作為負極是提高硅基負極鋰離子電池電化學性能的有效方法，再輔以其他技術方案以使硅碳負極鋰離子電池可滿足商業化應用。

而現有的技術方案，均存在一定的弊端。譬如，包覆法，摻雜和包覆是常見的改善材料性能的使用方法，在硅材料表面包覆一層碳材料保護層，需要首先將硅材料制成納米級別，然后再包覆，技術難度高，工藝復雜，雖一定程度上抑制硅的體積膨脹但是長時間循環后硅的破碎問題仍然存在。極片緩沖層法，在硅碳負極表面上再涂覆一層石墨緩沖層，僅是減弱了極片層面的膨脹但硅材料層面的膨脹仍然存在，改善非常有限，粉化、SEI破裂等問題仍存在。預鋰化法，無論是硅碳負極片增加鋰箔，還是硅碳漿料中增加鋰粉或其他補鋰劑，均大幅增加了制造工藝難度和成本，且無法解決硅材料膨脹的問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種硅碳負極極片，旨在解決背景技術中提出的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種硅碳負極極片，包括：

集流體；

第一碳負極層，設置在所述集流體上；

主材料層，設置在所述集流體上；所述主材料層包括具有凹坑結構的硅碳負極區以及填充在所述凹坑結構中的碳負極區；以及

第二碳負極層，設置在所述主材料層上；

其中，所述硅碳負極區包括以下按照重量份的組分：硅碳材料90.5～97.5份、導電劑0.2～3份、增稠劑0.8～3份、粘結劑0.8～3.6份；

所述碳負極區包括以下按照重量份的組分：碳材料90.5～97.5份、導電劑0.2～3份、增稠劑0.8～3份、粘結劑0.8～3.6份，鋰鹽1～5份；

所述第一碳負極層與所述第二碳負極層均包括以下按照重量份的組分：碳材料90.5～97.5份、導電劑0.2～3份、增稠劑0.8～3份、粘結劑0.8～3.6份。