[發明專利]一種多孔負極片及含有該多孔負極片的鋰離子電池

在審

• 申請號: 202310090189.7
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116314793A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 孫丹;嚴濤;黃鑫;張明慧;徐子福
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（無錫）有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/133;H01M4/134
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種多孔負極片及含有該多孔負極片的鋰離子電池，其制備方法為將活性物質、改性粘結劑、導電劑、增稠劑按照一定的配比勻漿形成負極漿料，其中活性物質中含有碳材料和硅材料；改性粘結劑為通過至少兩種不同類型的常規線性粘結劑互相之間進行反應形成支鏈聚合物粘結劑；將負極漿料按電池負極片制備方法制成負極片；該負極片上均勻分布有孔洞，孔洞為通孔或盲孔；按電池制備方法制成鋰離子電池。采用該多孔負極片制備的鋰離子電池能夠提升電池的能量密度且能改善倍率放電、低溫充電及循環壽命等性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種多孔負極片及含有該多孔負極片的鋰離子電池。

背景技術

隨著時代的發展和社會的進步，清潔可再生能源的研究和應用得以迅速發展。鋰離子電池因其具有高比能量、高比功率、循環壽命長、環境友好等諸多優勢，在航空航天、電動汽車、手機、筆記本、移動電源領域得以廣泛應用。然而產品的不斷升級換代，對鋰離子電池的能量密度、充放電倍率及循環壽命提出了更高要求。以上幾方面的性能很難兼得，能量密度意味著在有限的電池體積內，發揮出更高的容量。一般對負極而言，兩種途徑可達目的，一方面，提高負極材料克容量發揮；另一方面提高負極材料壓實。傳統石墨負極克容量發揮已無限接近于其理論值372mAh/g，提升空間有限。硅負極的理論克容量發揮約4200mAh/g，約是石墨負極的10倍，被認為是最有前途的替代品，能實現更高的能量密度。然而硅材料在充放電中過程中會產生近300％體積膨脹，嚴重縮短其循環壽命，使得硅材料的研究和應用受到極大挑戰。提高負極壓實來提升能量密度的方法也受到諸多限制，主要是由于輥壓過程中往往會造成極片孔隙率的大幅度降低。高壓實使得極片表面的壓縮量過大，孔隙分布不均，也多會形成閉孔。這將嚴重影響極片的儲液量，同時電解液很難進入到極片內部去，影響極片浸潤效果，進而鋰離子的傳輸動力學降低，最終影響電池的倍率充放電和長循環壽命性能。

針對以上的技術難題，研究人員不斷付出努力以改進。對于硅材料的體積膨脹，重心多放在硅材料本身的改進和優化，例如硅材料納米化，形貌化。但該技術路線工藝復雜，成本高。而對于高壓實下，提升極片孔隙率的方法也受到關注。現有技術中有提出制作多孔極片的技術，通常有添加造孔劑(模板法包括液體模板和固態模板)及利用機械設備物理打孔兩種主要方法。前者主要是添加易于汽化和升華分解的組分于負極漿料中，在一定溫度下，模板經汽化或升華過程被去除。但此方法采用的造孔劑均是體系外的額外組分，一旦分解不完全，留于體系中，將對最終電池的性能和安全產生不良影響；另外在極片表面利用設備打孔的方法，一方面需要購買高精密儀器，不經濟又耗能，造成生產工藝成本高，另一方面，物理打孔法會破壞極片的活物質組分，嚴重時也會出現活性物質脫落掉粉現象，從而影響電池的容量和能量密度。

鑒于此，本領域急需開發一種工藝相對簡單，孔徑和孔隙率可調的、對極片活物質組分幾乎無影響的多孔負極極片的制備方法和包括該負極片的鋰離子電池。

發明內容

本發明的目的是提供一種不引入模板且不借助設備制備孔徑和孔隙率可調的多孔負極極片，采用該多孔負極片制備的鋰離子電池能夠提升電池的能量密度且能改善倍率放電、低溫充電及循環壽命等性能。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種多孔負極片，其制備方法為將活性物質、改性粘結劑、導電劑、增稠劑按照一定的配比勻漿形成負極漿料，其中活性物質中含有碳材料和硅材料；改性粘結劑為通過至少兩種不同類型的常規線性粘結劑互相之間進行反應形成支鏈聚合物粘結劑；將負極漿料按電池負極片制備方法制成負極片；該負極片上均勻分布有孔洞，孔洞為通孔或盲孔，孔洞的孔隙率為20-30％，孔洞的大小為15-20um。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，負極漿料中含有質量分數為91-98％的活性物質、0.5-5％的改性粘結劑；活性物質中按質量計，硅材料：改性粘結劑的配比為1-6：1，優選的配比為2-3.5：1。