[發明專利]負極片及制備方法、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用

有效

• 申請號: 202011108032.5
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112271271B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 李進;梅驁;唐道平;何娜;王成運;劉明堯
• 申請（專利權）人: 廣州汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/04;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 謝素

本發明公開了一種負極片及制備方法、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用，所述負極片包括負極集流體、涂覆在所述負極集流體表面的高導電活性緩沖層、涂覆在所述高導電活性緩沖層表面的含硅活性層，以及涂覆在所述含硅活性層表面的快離子傳導活性層。該負極片的結構可以提升負極與負極集流體的粘結強度，降低充放電過程中接觸電阻的增大；緩解大電流充電下負極表面析鋰、減輕負極與電解液副反應，從而提高鋰離子電芯的循環壽命及倍率特性；有效改善了輥壓過程負極粘輥的現象。

技術領域

本發明涉及儲能裝置領域，尤其涉及一種負極片及制備方法、鋰離子電芯、鋰離子電池包及其應用。

背景技術

當前，商業化的鋰離子電池負極材料主要采用石墨類負極材料，但其理論比容量僅為372mAh/g，無法滿足未來更高比能量及高功率密度鋰離子電池發展的要求。因此，尋找替代碳的高比容量負極材料成為一個重要的發展方向。硅材料由于具有最高的儲鋰容量(理論比容量4200mAh/g)和豐富的資源，被認為最有潛力有望成為下一代鋰離子電池負極材料。然而，由于在嵌/脫鋰過程中較大的體積變化帶來的硅材料結構破壞和材料粉化，會導致電極結構破壞，以及活性層與集流體的剝離，造成硅活性組分喪失電接觸。此外材料的粉化和巨大的體積變化，會造成SEI膜的不斷生成，從而導致電池的電化學循環穩定性較差，阻礙了硅材料作為鋰離子電池負極材料的規模化應用。

為解決硅負極材料在應用中存在的問題，目前研究者們主要通過硅的納米化和復合化相結合的手段，通過構筑多元多層次復合材料的方法來解決硅在實際應用中存在的各種問題。但硅基復合負極材料在實際應用過程中仍然存在較大的體積膨脹，造成極片內部存在較大的內應力，循環過程中容易粉化并從集流體上脫落，從而失去電接觸喪失活性。同時為了追求較高的體積能量密度，負極需要達到較高的壓實密度，這勢必會影響電池的倍率性能，如果負極無法承受大電流充電，在電池快速充電時離子會在負極表面直接還原析出而不是嵌入負極活性材料中，同時在電池快速充電時負極表面還會產生大量副產物，影響電池的循環壽命和安全性。因此，提升電池快充性能的關鍵在于負極活性材料以及負極極片的設計。

專利文獻CN 109950470 A公開了一種負極極片，包括負極集流體和設置于負極集流體至少一個表面上的、含有負極活性物質的負極膜片，在至少一個負極膜片遠離集流體的一側的表面上設置有多孔無機介電層；多孔無機介電層的厚度為20nm∽2000nm，多孔無機介電層中不含有粘結劑。本申請的負極極片可以緩解大電流充電下負極表面析鋰、穩定負極界面、減輕負極與電解液副反應，從而提高電芯的循環壽命、降低電芯內短路風險并提高電芯高溫壽命。然而，該技術方案存在以下缺點：1)多孔無機介電層為采用原子層沉積法、化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱蒸發法等氣相法制備而成，成本較高，且難于實現連續化大規模生產；2)多孔介電層為金屬氧化物等，會與鋰離子發生副反應，影響電芯首周庫侖效率，造成電芯容量損失；3)該多孔介電層不適于估計硅基等膨脹較大的負極體系，由于無粘結劑，充放電過程中活性層的反復膨脹收縮會造成多孔介電層開裂和脫落，影響其效果，甚至造成安全隱患。

綜上，當前硅基負極材料在實際應用過程中存在的以下問題：(1)體積膨脹較大，造成活性層與集流體剝離，接觸電阻增大，極化增大；(2)為了達到較高的能量密度，負極高壓實密度往往比較高，在大電流充電狀態下，在接近隔膜側的負極表面容易發生析鋰，安全性變差，循環穩定性降低；(3)含硅負極粘結劑親水性較強，涂布烘干過程易造成粘結劑上浮，造成極片剝離力降低，且輥壓時易發生粘輥的現象，降低負極片質量和生產良率。

因此，有必要提供一種新的含硅負極極片以滿足新一代高比能鋰離子電池對高能量密度、快充特性、循環壽命和安全性的要求，來解決高比能量電池大電流充放電條件下的負極析鋰以及活性層與集流體剝離等問題，大幅度改善循環壽命及安全特性。

發明內容