[發明專利]含硅負極片和高能量密度電池

有效

• 申請號: 202110314048.X
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113066962B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 蔣亞北;田爽;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種含硅負極片，包括集流體，涂敷于所述集流體表面的第一涂層，涂敷于所述第一涂層表面的第二涂層，涂敷于所述第二涂層表面的第三涂層；所述第一涂層、第二涂層和第三涂層中均包括含硅活性物質、導電劑和粘結劑，所述含硅活性物質為硅基材料和石墨的混合物，所述第二涂層中的硅基材料的質量同時大于第一涂層中的硅基材料的質量和第三涂層中的硅基材料的質量。本申請還提供了一種高能量密度電池。由于含硅負極片涂層的設置，在充電過程中涂層不易從集流體上脫落，電極表面結構完整，有效減少了電極界面與電解液副反應的發生，使得電池具備較高的能量密度和優異的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及含硅負極片和高能量密度電池。

背景技術

近年來，為了適應新能源汽車以及智能電網等快速發展的需求，開發出高能量密度、高安全性和長循環壽命的鋰離子電池成為當今儲能領域的研究熱點。電池能量密度的提升主要依靠關鍵電極材料的發展，如正負極材料容量的提升和負極材料比容量的提升都對電池能量密度的提高有較為顯著的作用。硅材料具備較高的理論比容量(＞4000mAh/g)，遠高(約10倍)于已接近極限容量的石墨，且對鋰電壓不高，有望成為高能量密度電池的首選。

目前制約硅材料大規模應用的主要原因是在充放電過程中硅會發生巨大的體積膨脹，導致在循環過程中電極材料粉化、表面開裂、活性物質與集流體之間失去電接觸，從而引起容量快速衰減。受限于此，硅在鋰電池負極中的添加量很低，行業內當前高能量密度動力電池所使用的含硅負極的容量僅為400～450mAh/g。因此，提供一種高容量含硅負極對于鋰離子電池具有重要意義。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種含硅負極片，以解決電池在充放電過程中負極體積膨脹大涂層脫落、循環壽命差的問題，保證電池的能量密度高且循環壽命優異。

本申請提供了一種含硅負極片，其包括集流體和依次疊加于所述集流體表面的第一涂層、第二涂層和第三涂層，其中第二涂層中含有最多的硅基材料，且位于第一涂層和第三涂層之間，不直接與集流體接觸，也不會裸露于電極表面，在充放電過程中只在中間層膨脹，極片不會從集流體脫落，表面亦不易開裂掉粉與電解液發生副反應，從而能夠保證優異的循環性能。進一步的，與集流體接觸的第一涂層中硅含量最少，電池在充放電過程體積變化最小，活性物質不易與集流體分離，可以顯著改善活性物質脫落的問題。因此，本申請提供的含硅負極片可以使用較高比例的硅基材料，以保證負極具備較高的容量，同時降低硅負極片的膨脹，避免活性物質從集流體脫落，從而更高的提升電池的能量密度。

附圖說明

圖1為本發明提供的含硅負極片的結構示意圖；

圖2為本發明實施例和對比例制備的鋰離子電池100圈循環拆解滿電狀態負極片。

具體實施方式

為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的限制。

鑒于硅材料在電池充放電過程中產生體積膨脹，易脫落進而降低硅含量，最終影響電池容量的問題，本申請提供了一種含硅負極片，該含硅負極片由于設置了三層涂層，且第二涂層中硅基材料含量最高，由此解決了電池在充放電過程中負極體積膨脹大、涂層脫落、循環壽命差的問題，使得到的電池能量密度高且循環壽命優異。具體的，圖1為本發明提供的含硅負極片的結構示意圖，所述含硅負極片包括集流體A0，涂布于集流體A0上的第一涂層T1，涂布于第一涂層T1表面的第二涂層T2，涂布于第二涂層T2表面的第三涂層T3。更具體地，本發明實施例公開了一種含硅負極片，包括集流體，涂敷于所述集流體表面的第一涂層，涂敷于所述第一涂層表面的第二涂層，涂敷于所述第二涂層表面的第三涂層；

所述第一涂層、第二涂層和第三涂層中均包括含硅活性物質、導電劑和粘結劑，所述含硅活性物質為硅基材料和石墨的混合物，所述第二涂層中的硅基材料的質量同時大于第一涂層中的硅基材料的質量和第三涂層中的硅基材料的質量。