[发明专利]一种硅碳复合结构的负极片及包括该负极片的电池

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种硅碳复合结构的负极片及包括该负极片的电池，所述负极片中使用硅基材料和低膨胀石墨作为底涂，可提升电池容量；另外，在硅基材料和低膨胀石墨形成的第一负极活性物质层表面再涂覆一层快充石墨形成的第二负极活性物质层，可稳定硅基材料的结构，抑制其充放电过程中的膨胀，提高电池的寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种硅碳复合结构的负极片及包括该负极片的电池。

背景技术

硅基负极材料具有高放电比容量的特点，其中，硅材料的理论比容量可高达4200mAh/g。但是由于硅材料在电池充电过程中，体积膨胀大，放电后，过大的体积膨胀导致硅材料结构不能恢复，甚至坍塌，而硅材料结构的破坏将严重影响到电池的循环性能。

目前，商业化锂离子电池用负极材料为石墨，石墨的理论容量为372mAh/g，实际使用时的容量为350mAh/g左右。随着电子化设备对电池容量即能量密度的要求越来越高，单纯的石墨已逐渐不能满足日益增加的电池容量需求。

发明内容

为了解决现有技术中锂离子电池容量较小，已经逐渐不能满足目前的能量需求的问题，本发明提供了一种硅碳复合结构的负极片及包括该负极片的电池。本发明通过引入硅基材料，使得制备得到的电池具有高容量的特性，同时通过对负极片结构的优化调整还可以进一步改善硅基材料体积膨胀而导致坍塌的缺陷问题，避免电池循环寿命差。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种负极片，所述负极片包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层，所述第一负极活性物质层设置在负极集流体表面，所述第二负极活性物质层设置在所述第一负极活性物质层表面；

其中，所述第一负极活性物质层包括硅基材料和低膨胀石墨；所述第二负极活性物质层包括快充石墨。

根据本发明，所述硅基材料在第一负极活性物质层的质量占比为1～20wt％，所述低膨胀石墨在第一负极活性物质层的质量占比为80～99％。硅基材料在脱嵌锂离子过程中的体积变化大，故增加其掺入量时，会导致循环过程中发生更多的颗粒破裂，引起粘接和导电失效，负极SEI膜不断生长，消耗锂离子和电解液，负极片增厚、活性物质脱落。宏观表现为电池的容量保持率衰减快和厚度膨胀率增长快。所述硅基材料的质量占比越高，电池的能量密度越高；所述低膨胀石墨的质量占比越高，电池的充电和循环性能越好，两者适当的比例可以保证整个电池的循环性能。

根据本发明，所述第一负极活性物质层的厚度与所述第二负极活性物质层的厚度比可以为1:9～9:1，例如为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。所述第一负极活性物质层越薄、第二负极活性物质层越厚，负极嵌锂能力越强，即电池充电动力学增强，大倍率充电析锂风险降低。

根据本发明，所述第一负极活性物质层的厚度为20～180μm，优选为20～150μm，例如为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm。

根据本发明，所述第二负极活性物质层的厚度为20～180μm，优选为50～180μm，例如为50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm。

根据本发明，所述硅基材料选自硅氧材料、硅碳材料、纳米硅中的至少一种。

根据本发明，所述硅基材料选自硅氧材料、硅碳材料时，其中值粒径D₅₀为1～10μm，所述硅基材料选自纳米硅时，其中值粒径D₅₀为20nm～100nm。

根据本发明，所述低膨胀石墨的中值粒径D₅₀为5～20μm。