[发明专利]电极及其制备方法、电池

说明书

本发明属于能源装置技术领域，尤其涉及一种电极及其制备方法、电池。本发明提供的电极，包括：集流体和电极材料层，电极材料层设置在集流体上，且电极材料层包括至少两个叠层单元，叠层单元沿电极材料层的厚度方向依次层叠设置；将距离集流体最近的叠层单元标记为L₁，将距离集流体最远的电极材料层标记为L_m，按照叠层单元与集流体的距离由近到远的顺序，将设置在L₁和L_m之间的多个叠层单元依次命名为L₂、…、L_m‑1；其中，叠层单元在集流体上的投影面积大小为：L₁＞L₂＞…＞L_m‑1＞L_m。如此，有效增强了电极材料层与集流体间界面的抗分层能力，从而减轻嵌锂/脱锂过程中如硅基负极材料等电极材料巨大的体积变化对电池性能的负面影响。

技术领域

本发明属于能源装置技术领域，尤其涉及一种电极及其制备方法、电池。

背景技术

作为一种储能元件，锂离子电池(LIB)在电动汽车和可穿戴电子产品等新兴产业中都有着广泛的应用。然而，当前的锂离子电池的性能，包括容量、可循环性和负载量，不能满足产业日益发展的要求，开发高性能锂离子电池迫在眉睫。作为其性能的主要指标之一，锂离子电池的容量在很大程度上取决于所用的电极材料。传统的碳基负极材料表现出令人满意的循环性能，但是，其理论容量仅为372mAh/g。与碳材料相比，许多负极材料具有较高的容量，但它们都受限于同一个问题，即充放锂过程中的体积膨胀问题。例如，硅(Si)具有最高的理论容量(4200mAh/g)，且在地壳中具有丰富的储量，极具潜力成为下一代锂电池负电极材料。然而，由于在嵌锂/脱锂过程中硅会发生巨大的体积变化(300％-400％)，导致电极材料层的损伤和性能的快速衰退，因此，目前硅基锂离子电池的循环寿命相对较短。

为了有效利用硅材料的高容量，解决其体积变化所带来的问题是关键。为了更好地解决该问题，人们做出了多种尝试，例如：1)在硅颗粒上施加涂层以抑制其在嵌锂/脱锂化过程中的体积变化，然而，在某些情况下，该涂层可能会加速硅颗粒的破裂；2)在硅中引入各种中空结构如多孔硅或卵黄-壳结构(yolk-shell structured)，以吸收锂化引起的体积变化，然而，该技术的制造工艺复杂，不适合批量生产；3)将电极材料层分割离散成岛状结构，但是，该方法会大大降低活性物质的质量负载，在工业上的适用性有限；4)中国专利(CN201810687494.3)尝试了将电极材料中的硅含量进行梯度化，然而，该技术仍限于实验室，未投入工业化生产。因而，如何更加有效地解决由于硅纳米负极材料在嵌锂/脱锂过程中发生体积变化而导致锂离子电池的循环稳定性和电化学性能退化的问题，仍有待进一步探索与完善。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电极材料，旨在解决现有硅纳米负极材料在嵌锂/脱锂过程中发生体积变化而导致电池的循环稳定性和电化学性能退化的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述电极材料的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种电池。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种电极，包括：集流体和电极材料层，所述电极材料层设置在所述集流体上，且所述电极材料层包括至少两个叠层单元，所述叠层单元沿所述电极材料层的厚度方向依次层叠设置；

将距离所述集流体最近的叠层单元标记为L₁，将距离所述集流体最远的电极材料层标记为L_m，按照所述叠层单元与所述集流体的距离由近到远的顺序，将设置在L₁和L_m之间的多个叠层单元依次命名为L₂、…、L_m-1；