[发明专利]一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的锂离子电池复合负极极片，包括集流体、设置在集流体表面的硅材料层、设置在硅材料层表面的石墨烯层和设置在石墨烯层表面的活性物质层；所述硅材料层的硅材料为SiB₄、SiB₆、Mg₂Si、Ni₂Si、TiSi₂、CoSi₂、CaSi₂、MnSi₂、SiC中的一种。本发明的锂离子电池复合负极极片，通过在集流体表面设置硅材料层，可以提高硅材料与集流体之间的接触面积，降低内阻，提高其循环性能和能量密度；在硅材料层上设置石墨烯层，可以降低硅材料层在使用过程中的膨胀率，同时石墨烯的高导电性又可以提高极片的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

商品化的锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长、环境友好等特性广泛应用于电动汽车、数码电子、储能等领域。随着市场对锂离子电池性能要求越来越高，锂离子电池能量密度和安全性能的提高成为研发的热点。

目前，提高锂离子电池安全的措施主要有：采用陶瓷隔膜、采用安全性电解液及其采用安全性能高的正负极材料，很少通过对负极极片表面改性提高锂离子的安全性能。

提高锂离子电池能量密度的方法主要有：采用高容量、高压实的正负极材料、采用高压电解液及其优化电池设计等措施提高能量密度，比如选用高容量的硅负极，但是由于采用硅材料作为负极材料存在膨胀率高(≥300％)，使其极片上活性物质与集流体的分离，造成容量衰减较快，使其难以产业化应用。而通过气相沉积法将硅化合物沉积在集流体表面，不但可以降低材料的膨胀系数，而且提高材料与集流体之间的接触面积，降低内阻。

现有技术中，CN104347842A公开了一种锂离子二次电池复合负极片，包括金属集流体和沉积在所述金属集流体表面的第一负极活性层，以及涂敷设置在所述第一负极活性层表面的第二负极活性层，所述第一负极活性层为硅基活性材料层，所述硅基活性材料层的厚度为5nm～2μm，所述第二负极活性层的材料包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，所述负极活性材料为碳素类负极材料和钛酸锂中的至少一种。并且进一步公开了所述硅基活性材料选自硅单质、硅氧化物和硅合金中的一种。该复合负极片，由于较小厚度的硅基活性材料与电解液的直接接触，缓冲硅基活性材料的体积膨胀，从而有效解决硅基活性材料因体积膨胀效应而易从集流体脱落的问题，延长锂离子二次电池的循环使用寿命。但是硅材料本身的导电率低，使得该复合负极片的第一活性层和第二活性层之间的导电性差，降低了锂离子电池的倍率性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种倍率性能更好的锂离子电池复合负极极片。

本发明还提供了一种锂离子电池复合负极极片的制备方法，及使用上述极片的锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明的锂离子电池复合负极极片所采用的技术方案是：

一种锂离子电池复合负极极片，包括集流体、设置在集流体表面的硅材料层、设置在硅材料层表面的石墨烯层、设置在石墨烯层表面的活性物质层；所述硅材料层的硅材料为SiB₄、SiB₆、Mg₂Si、Ni₂Si、TiSi₂、CoSi₂、CaSi₂、MnSi₂、SiC中的一种。

本发明的锂离子电池复合负极极片，通过在集流体表面设置硅材料层，可以提高硅材料与集流体之间的接触面积，降低内阻，提高其循环性能和能量密度；在硅材料层上设置石墨烯层，可以降低硅材料层在使用过程中的膨胀率，同时石墨烯的高导电性又可以提高极片的倍率性能。