[發明專利]一種鋰離子電池硅負極及電池

有效

• 申請號: 202110014718.6
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112349898B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 馮玉川;王明輝;高麗娜
• 申請（專利權）人: 清陶（昆山）能源發展有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 韓兵

本發明公開了一種鋰離子電池硅負極及電池，涉及鋰離子電池技術領域。其包括相互混合的硅活性材料、電解質材料和粘結劑；所述電解質材料為三層復合結構的顆粒材料，所述電解質材料包括多孔內核、中間層的陶瓷快離子導體層和外層的保護層。本發明提供的一種鋰離子電池硅負極及電池，能夠解決控制硅材料膨脹的問題。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池硅負極及電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有重量輕、體積小、工作電壓高、能量密度高、輸出功率大、充電效率高、無記憶效應、循環壽命長等優點，在手機、筆記本電腦等領域得到了廣泛的應用。目前電子數碼產品對鋰離子電池的能量密度要求越來越高，而現有的負極材料石墨很難滿足能量密度要求。硅材料的理論克容量為4200mAh/g，遠高于石墨材料的理論克容量372mAh/g，但硅材料在充放電過程中體積膨脹大，使硅材料目前在鋰離子電池中難以商用化。硅材料在充放電過程中體積膨脹大會導致以下問題：1、導致負極極片厚度增大，進而引起鋰離子電池體積增大；2、導致硅材料之間以及硅材料與導電碳之間的接觸降低，影響鋰離子電池的循環使用壽命；3、硅材料體積膨脹后易從集流體上脫落，容易引起自放電和內短路等安全問題。

對硅材料用作鋰離子電池負極的研究重點在于如何控制硅材料的膨脹形變。目前采用較多的辦法是對硅材料進行優化與改性，比如采用納米硅粉、硅納米線，硅納米管或硅碳復合，也有采用氣相沉積法在無定形碳上沉積納米硅。這些方法在一定程度上提高了硅負極的循環穩定性，但效果和穩定性有限。

因此，亟需一種新的鋰離子電池硅負極，以解決控制硅材料膨脹的問題。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的主要目的在于提供一種鋰離子電池硅負極及電池，能夠解決控制硅材料膨脹的問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種鋰離子電池硅負極，包括相互混合的硅活性材料、電解質材料和粘結劑；所述電解質材料為三層復合結構的顆粒材料，所述電解質材料包括多孔內核、中間層的陶瓷快離子導體層和外層的保護層；

所述保護層為保護性碳層；所述保護性碳層通過碳前驅體的熱沉積方式沉積于所述陶瓷快離子導體層的表面；

所述保護性碳層還設有聚合物固態電解質，所述聚合物固態電解質為多孔結構；

所述聚合物固態電解質包括聚合物、鋰鹽和第一導電劑；所述聚合物為聚丙烯酸酯，所述聚丙烯酸酯為聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸乙酯中的一種或幾種；所述第一導電劑為導電碳類材料。

可選地，所述多孔內核的空隙率為20-95%；所述多孔內核的孔徑不大于5nm。

可選地，所述多孔內核的空隙率為50-95%。

可選地，所述多孔內核由多孔導電材料制備得到。

可選地，所述多孔內核為多孔導電碳材料制備得到。

可選地，還包括第二導電劑，所述第二導電劑置于所述硅活性材料、電解質材料和粘結劑之中并混合均勻；所述第二導電劑的重量與鋰離子電池硅負極總重量的比值不大于2%。

可選地，所述多孔內核的粒徑為1-10μm，所述陶瓷快離子導體層的厚度為10-500nm；所述保護層的厚度為1-50nm。

可選地，所述硅活性材料的重量占所述鋰離子電池硅負極總重量的90-97%；所述電解質材料的重量占所述鋰離子電池硅負極總重量的1-5%；所述粘結劑的重量占所述鋰離子電池硅負極總重量的0.01-5%。

本發明還提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括如前所述的鋰離子電池硅負極。