[發(fā)明專利]一種硅碳復合結構的負極片及包括該負極片的電池

在審

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• 申請日: 2021-10-15
• 公開（公告）號: CN114005958A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 謝春燕;王鳳英;汪嘉偉
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/134;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發(fā)明屬于電池技術領域，具體涉及一種硅碳復合結構的負極片及包括該負極片的電池，所述負極片中使用硅基材料和低膨脹石墨作為底涂，可提升電池容量；另外，在硅基材料和低膨脹石墨形成的第一負極活性物質層表面再涂覆一層快充石墨形成的第二負極活性物質層，可穩(wěn)定硅基材料的結構，抑制其充放電過程中的膨脹，提高電池的壽命。

技術領域

本發(fā)明屬于電池技術領域，具體涉及一種硅碳復合結構的負極片及包括該負極片的電池。

背景技術

硅基負極材料具有高放電比容量的特點，其中，硅材料的理論比容量可高達4200mAh/g。但是由于硅材料在電池充電過程中，體積膨脹大，放電后，過大的體積膨脹導致硅材料結構不能恢復，甚至坍塌，而硅材料結構的破壞將嚴重影響到電池的循環(huán)性能。

目前，商業(yè)化鋰離子電池用負極材料為石墨，石墨的理論容量為372mAh/g，實際使用時的容量為350mAh/g左右。隨著電子化設備對電池容量即能量密度的要求越來越高，單純的石墨已逐漸不能滿足日益增加的電池容量需求。

發(fā)明內容

為了解決現有技術中鋰離子電池容量較小，已經逐漸不能滿足目前的能量需求的問題，本發(fā)明提供了一種硅碳復合結構的負極片及包括該負極片的電池。本發(fā)明通過引入硅基材料，使得制備得到的電池具有高容量的特性，同時通過對負極片結構的優(yōu)化調整還可以進一步改善硅基材料體積膨脹而導致坍塌的缺陷問題，避免電池循環(huán)壽命差。

本發(fā)明目的是通過如下技術方案實現的：

一種負極片，所述負極片包括負極集流體、第一負極活性物質層和第二負極活性物質層，所述第一負極活性物質層設置在負極集流體表面，所述第二負極活性物質層設置在所述第一負極活性物質層表面；

其中，所述第一負極活性物質層包括硅基材料和低膨脹石墨；所述第二負極活性物質層包括快充石墨。

根據本發(fā)明，所述硅基材料在第一負極活性物質層的質量占比為1～20wt％，所述低膨脹石墨在第一負極活性物質層的質量占比為80～99％。硅基材料在脫嵌鋰離子過程中的體積變化大，故增加其摻入量時，會導致循環(huán)過程中發(fā)生更多的顆粒破裂，引起粘接和導電失效，負極SEI膜不斷生長，消耗鋰離子和電解液，負極片增厚、活性物質脫落。宏觀表現為電池的容量保持率衰減快和厚度膨脹率增長快。所述硅基材料的質量占比越高，電池的能量密度越高；所述低膨脹石墨的質量占比越高，電池的充電和循環(huán)性能越好，兩者適當的比例可以保證整個電池的循環(huán)性能。

根據本發(fā)明，所述第一負極活性物質層的厚度與所述第二負極活性物質層的厚度比可以為1:9～9:1，例如為1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。所述第一負極活性物質層越薄、第二負極活性物質層越厚，負極嵌鋰能力越強，即電池充電動力學增強，大倍率充電析鋰風險降低。

根據本發(fā)明，所述第一負極活性物質層的厚度為20～180μm，優(yōu)選為20～150μm，例如為20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm。

根據本發(fā)明，所述第二負極活性物質層的厚度為20～180μm，優(yōu)選為50～180μm，例如為50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm。

根據本發(fā)明，所述硅基材料選自硅氧材料、硅碳材料、納米硅中的至少一種。

根據本發(fā)明，所述硅基材料選自硅氧材料、硅碳材料時，其中值粒徑D₅₀為1～10μm，所述硅基材料選自納米硅時，其中值粒徑D₅₀為20nm～100nm。

根據本發(fā)明，所述低膨脹石墨的中值粒徑D₅₀為5～20μm。