负极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种负极片及锂离子电池，该负极片包括集流体和位于集流体第一表面的负极活性材料层，所述集流体第一表面具有孔，所述孔内填充有含硅负极活性材料，所述孔的孔径不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍，本发明专利技术可有效改善负极片中含硅负极活性材料的循环膨胀以及由此导致的负极片及电池的循环性变差问题。

【技术实现步骤摘要】
负极片及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种负极片及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池被广泛应用于手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、智能穿戴设备、储能及电动汽车等领域，并在该些领域中发挥重要作用。伴随着工业技术的快速发展，各应用领域对锂离子电池也提出了更高的要求，即在保证良好的安全性、循环寿命和倍率性能的情况下，不断提高锂离子电池能量密度，开发具有高能量密度的锂离子电池。提高活性物质的理论比容量是提高锂离子电池能量密度的有效途径之一。而硅类材料理论比容量高达4200mAh/g，是传统石墨类负极活性物质的11倍以上，有希望被应用于锂离子电池，提升锂离子电池能量密度的负极材料。但是硅类材料在锂离子的嵌入与脱出过程中存在巨大的体积膨胀，易使负极片上的活性物质与集流体、活性物质与活性物质之间的接触性变差，甚至失去接触，导致负极片及电池的循环性等性能变差，影响电池在终端上的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种负极片和锂离子电池，以至少解决上述现有技术所存在的硅类材料的体积膨胀以及由此导致的负极片及电池的循环性等性能变差问题。本专利技术的一方面，提供一种负极片，包括集流体和位于集流体第一表面的负极活性材料层，所述集流体第一表面具有孔，所述孔内填充有含硅负极活性材料，所述孔的孔径不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍。根据本专利技术的一些实施例，所述负极活性材料层的原料包括石墨、粘结剂以及增稠剂；所述孔为未穿透所述集流体的半通孔，所述孔的孔深不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～4倍；所述孔为多个，任意相邻的两个孔的孔间距为所述孔的半径的0.5～2倍；所述孔间距为2～10μm；所述孔径为1～30μm，和/或，所述含硅负极活性材料的平均粒径为0.5～6μm；在所述集流体厚度方向上，存在未打孔区域和具有所述孔的打孔区域，未打孔区域的厚度不小于3μm；还包括位于集流体第二表面的所述负极活性材料层，所述第二表面与第一表面相对，所述集流体的第二表面具有所述孔，所述孔内填充有所述含硅负极活性材料。本专利技术的另一方面，提供一种锂离子电池，包括上述负极片。本专利技术的负极片中引入硅类材料(含硅负极活性材料)，能够有效提升负极片及电池的能量密度，同时通过特殊结构设计，能够有效改善硅材料的体积膨胀以及由此导致的负极片及电池的循环性等性能变差问题，使电池兼具良好的能量密度、循环性、稳定性和安全性等品质，研究表明，本专利技术的电池在800T下的循环膨胀率低于8.7％，体积能量密度高达752.7Wh/L，800T下的循环容量保持率高达78％，具有重要的实用意义。附图说明：图1为本专利技术一实施方式的表面具有孔的集流体的孔中填充含硅负极活性材料的示意图。附图标记说明：1、硅负极材料；2、孔；3、集流体。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的方案，下面结合附图对本专利技术作进一步地详细说明。本专利技术的一方面，提供一种负极片，如图1所示，该负极片包括集流体3和位于集流体3第一表面的负极活性材料层(图中未示出)，集流体3第一表面具有孔2，孔2内填充有含硅负极活性材料1，孔2的孔径不小于含硅负极活性材料1平均粒径的2～5倍。本专利技术提供的负极片，含硅负极活性材料填充在集流体表面的孔内，同时控制孔的孔径不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍(平均每个孔内可以填充2～5个含硅负极活性材料颗粒)，能够在提高负极片能量密度的同时，有效抑制含硅负极活性材料在循环过程中的体积膨胀，并且有效避免含硅负极活性材料从负极片上剥落、含硅负极活性材料颗粒之间、含硅负极活性材料与集流体之间的接触性变差等问题，同时由于集流体表面特殊结构设置，还可以提高负极活性材料层相对于集流体的剥离力，进而提高电池的循环性、稳定性和安全性等特性；此外，填充在孔内的含硅负极活性材料颗粒(例如原子级颗粒)基本都能够与孔的孔壁接触到(即含硅负极活性材料颗粒与集流体接触到)，还能够满足较高的电导率需求，进一步提升负极片性能。具体地，上述孔内可以是填充有含有含硅负极活性材料的填充物，以实现孔内填充有活性物质，在一些实施例中，该填充物还包括粘结剂和增稠剂，利于进一步提高含硅负极活性材料颗粒之间、含硅负极活性材料与集流体之间的粘结力(接触性)以及抑制含硅负极活性材料的体积膨胀。其中，该填充物中，含硅负极活性材料的质量含量为90～98wt％，粘结剂的质量含量为1～5wt％，增稠剂的质量含量为1～5wt％。具体实施时，可以将90～98wt％含硅负极活性材料、1～5wt％粘结剂以及1～5wt％增稠剂配制成浆料，填充在集流体表面的孔内，然后干燥，即实现所述孔内填充有上述填充物，一般每个孔中基本填满填充物。在一些实施例中，含硅负极活性材料可以包括硅材料、Si/C复合材料和SiOx(0.5＜x＜2)材料中的至少一种，硅材料例如可以是硅纳米材料等。上述负极活性材料层具体可以是石墨负极活性材料层，其原料可以包括石墨、粘结剂以及增稠剂，利于进一步抑制含硅负极活性材料的体积膨胀。其中，负极活性材料中，石墨的质量含量为96～98wt％、粘结剂的质量含量为1.2～2wt％，增稠剂的质量含量为0.8～2wt％；石墨具体可以是人造石墨、天然石墨等中的至少一种。具体地，在一些实施例中，上述孔的孔径可以为含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍，例如可以是2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍等，利于进一步兼顾提高负极片的能量密度和抑制含硅负极活性材料的体积膨胀。在一些实施例中，上述孔可以为未穿透集流体的半通孔，利于进一步避免含硅负极活性材料从负极片上脱落等问题，同时利于增强集流体的强度，进一步提高负极片的稳定性和安全性等特性。一般情况下，还可以通过调整孔的深度来调控含硅负极活性材料的填充量，进而实现负极片能量密度的调整，例如，在一些实施例中，上述孔可以为未穿透集流体的半通孔，孔的孔深(即孔的深度，孔在集流体第一表面的开口至孔的底部的最大距离)不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～4倍，例如2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍等。具体地，上述孔的孔深可以为1-25μm，进一步可以为3-15μm，例如可以为4μm、7μm、10μm、13μm等。在一些实施例中，上述孔为多个，任意相邻的两个孔的孔间距为孔的半径(基本等于孔径的一半)的0.5～2倍，例如0.8倍、1倍、1.2倍、1.5倍、1.8倍、2倍等，利于集流体具有较高的机械强度，进一步提高负极片的安全性和稳定性等特性。一般情况下，多个孔在集流体表面均匀分布，上述孔间距为均匀分布在集流体表面的多个孔的平均孔间距。具体地，上述孔间距可以为2-10μm，例如可以为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm等。在一些实施例中，孔的孔径可以为1-30μm，进一步可以为2-15μm，例如可以是3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm等；和/或，负极活性材料的平均粒径可以为0.5-6μm，例如可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其特征在于，包括集流体和位于集流体第一表面的负极活性材料层，所述集流体第一表面具有孔，所述孔内填充有含硅负极活性材料，所述孔的孔径不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，包括集流体和位于集流体第一表面的负极活性材料层，所述集流体第一表面具有孔，所述孔内填充有含硅负极活性材料，所述孔的孔径不小于含硅负极活性材料平均粒径的2～5倍。


2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极活性材料层的原料包括石墨、粘结剂以及增稠剂；和/或，所述含硅负极活性材料包括硅材料、Si/C复合材料和SiOx材料中的至少一种，其中，0.5＜x＜2。


3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔内填充有含有所述含硅负极活性材料的填充物以实现所述孔内填充有含硅负极活性材料；所述填充物的原料还包括粘结剂和增稠剂，所述填充物中，含硅负极活性材料的质量含量为90～98wt％，粘结剂的质量含量为1～5wt％，增稠剂的质量含量为1～5wt％。


4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述孔为未穿透所述集流体的半通孔，所述孔的孔深不小于含硅负极活性材料平均粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾佳，彭冲，李俊义，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44