一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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SiB

Lithium ion battery composite negative pole slice, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention relates to a lithium ion battery composite negative pole slice and a preparation method thereof, and a lithium ion battery, belonging to the technical field of lithium ion battery. The invention of the lithium ion battery composite anode, including collector, set in the silicon layer, the surface of the current collector is arranged on the graphene layer of silicon material layer on the surface of the active material layer and is arranged in the graphene layer on the surface of silicon materials; the silicon material layer is SiB

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。优选的，所述硅材料层、石墨烯层和活性物质层的厚度比为(0.5～2):(0.5～2):(80～150)。优选的，集流体和硅材料层的厚度比为(8～15):(0.5～2)。所述集流体为铜网。所述铜网的厚度为10～12μm。所述铜网的孔隙率为30～60％。优选的，所述活性物质层由石墨、导电剂SP、LA132粘结剂组成。所述石墨、导电剂SP和LA132粘结剂的质量比为95:1:4。优选的，上述锂离子电池复合负极极片还包括设置在活性物质层表面的氧化铝复合材料层。在活性物质层表面再沉积一层氧化铝复合材料，可以降低硅材料使用过程中造成的极片膨胀带来的安全隐患，提高其安全性能。进一步优选的，所述氧化铝复合材料层与活性物质层的厚度比为(1～5):(80～150)。进一步优选的，所述氧化铝复合材料层由氧化铝、偏铝酸锂、粘结剂组成。偏铝酸锂中的锂离子能够提高大倍率条件下锂离子的传输速率，并降低极片内阻提高其倍率性能。更进一步优选的，所述氧化铝、偏铝酸锂、粘结剂的质量比为(1～20):(1～5):(5～20)。所述粘结剂为PVDF粘结剂。本专利技术的锂离子电池复合负极极片的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的锂离子电池复合负极极片的制备方法，包括以下步骤：1)将硅材料沉积在集流体表面，形成硅材料层，得到极片A；2)将石墨烯沉积在步骤1)所得的极片A表面，形成石墨烯层，得到极片B；3)将负极浆料涂覆在步骤2)所得的极片B表面，形成活性物质层，得到极片C，即得。本专利技术的锂离子电池复合负极极片的制备方法，沉积形成的硅材料层更致密，有助于提高本专利技术的锂离子电池复合负极极片的循环性能和能量密度；并且工艺简单，适于推广应用。优选的，步骤1)中，在集流体上沉积硅材料采用的是磁控溅射法或气相沉积法；步骤2)中，在极片A上沉积石墨烯采用的是磁控溅射法或气相沉积法。采用磁控溅射法或气相沉积法将硅材料沉积在集流体表面，能够进一步降低硅材料和集流体的接触面积、降低内阻，同时得到的硅材料层更致密，循环性能和能量密度更高；沉积得到的硅材料层的厚度较薄、一致性更高。优选的，步骤1)中，所述集流体与硅材料层的厚度比为(8～15):(0.5～2)。所述集流体为铜网。所述铜网的厚度为10～12μm。铜网的孔隙率为30～60％。优选的，步骤2)中，所述石墨烯层和硅材料层的厚度比为(0.5～2):(0.5～2)。步骤3)中，所述活性物质层与石墨烯层的厚度比为(80～150):(0.5～2)。优选的，步骤3)中，所述负极浆料的组成为石墨，导电剂SP、LA132粘结剂、二次蒸馏水。所述石墨、导电剂SP、LA132粘结剂和二次蒸馏水的质量比为95：1：4：150。优选的，上述锂离子电池复合负极极片的制备方法，还包括在步骤3)所得的极片C上涂覆氧化铝复合浆料，形成氧化铝复合材料层。所述氧化铝复合材料层与活性物质层的厚度比为(1～5):(80～150)。所述氧化铝复合浆料的组成为氧化铝，偏铝酸锂，粘结剂和溶剂。以质量计，氧化铝:偏铝酸锂:粘结剂:溶剂＝(1～20):(1～5):(5～20):100。所述粘结剂为PVDF粘结剂。所述溶剂为NMP溶剂。所述氧化铝复合浆料的粘度为200～2000mPa·s。本专利技术的技术方案还在于：一种采用上述的锂离子电池复合负极极片的锂离子电池。本专利技术的锂离子电池，采用上述锂离子电池复合负极极片，具有更好的循环性能、更低的内阻和更高的倍率性能；同时有更高的安全性能。附图说明图1为锂离子电池复合负极极片的结构示意图，其中，1-集流体，2-硅材料层，3-石墨烯层，4-活性物质层，5-氧化铝复合材料层。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1本实施例的锂离子电池复合负极极片，如图1所示，包括集流体1和沿远离集流体方向上依次设置的硅材料层2、石墨烯层3、活性物质层4和氧化铝材料层5，即在集流体1表面设置硅材料层2，在硅材料层2表面设置石墨烯层3，在石墨烯层3表面设置活性物质层4，在活性物质层4表面设置氧化铝材料层5。集流体为铜网，厚度为10μm，孔隙率为50％；集流体、硅材料层、石墨烯层、活性物质层和氧化铝材料层的厚度比为10:1:1:120:3；所述硅材料为SiB4；所述活性物质层由人造石墨、导电剂SP、LA132粘结剂组成，人造石墨、导电剂SP、LA132粘结剂的质量比为95：1：4；所述氧化铝材料层由氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合负极极片，其特征在于：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SiB

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极极片，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的锂离子电池复合负极极片，其特征在于：集流体和硅材料层的厚度比为(8～15):(0.5～2)。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池复合负极极片，其特征在于：所述硅材料层、石墨烯层和活性物质层的厚度比为(0.5～2):(0.5～2):(80～150)。4.根据权利要求1所述的锂离子电池复合负极极片，其特征在于：还包括设置在活性物质层表面的氧化铝复合材料层。5.根据权利要求4所述的锂离子电池复合负极极片，其特征在于：所述氧化铝复合材料层与活性物质层的厚度比为(1～5):(...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，周骥，彭林，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41