一种负极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种负极片及锂离子电池。本发明专利技术提供的负极片的负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒，所述硅基材料包括功能硅基材料，所述功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且所述石墨颗粒与所述功能硅基材料的距离为0.5‑2μm。本发明专利技术的负极片在具有高的能量密度的情况下，还具有较低的膨胀性能和良好的循环性能，本发明专利技术的锂离子电池，不仅具有高的能量密度，还具有良好的循环性能和安全性能，适合大规模商业化应用，该锂离子电池用于电子设备时，可以提升电子设备的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种负极片及锂离子电池
本专利技术涉及一种负极片及锂离子电池，属于锂离子电池

技术介绍
随着锂离子电池的快速发展，传统的钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)正极材料搭配石墨负极材料制得的锂离子电池的能量密度远远不能满足市场的需求，所以开发新的可以提高锂离子电池的能量密度的正负极体系十分必要。硅基负极材料由于具有高比容量，低成本，易加工等优异性能，因此可以将其替代石墨负极以显著提升电池的能量密度，是非常有应用前景的下一代负极材料。然而硅基负极材料的嵌锂机制不同于各向异性的石墨类负极材料，其合金化过程伴随着非常大的各向同性的膨胀，在实际使用中膨胀后的硅基负极材料会产生较大的极片平面内膨胀，造成负极片的内应力增大，使得扭曲变形甚至撕裂铜箔基材，导致锂离子电池的循环性能差，甚至可能导致电芯失效引发安全问题。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种负极片，所述负极片在具有高的能量密度的情况下，还具有较低的膨胀性能和良好的循环性能。本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池在具有高的能量密度的情况下，还具有良好的循环性能以及安全性能。本专利技术实施例第一方面提供一种负极片，其中，所述负极片包括集流体和设置在所述集流体功能表面的负极活性层，所述负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒；所述硅基材料包括功能硅基材料，所述功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且所述石墨颗粒与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm。如上所述的负极片，其中，基于所述硅基材料的总数量，所述硅基材料包括至少50％的功能硅基材料。如上所述的负极片，其中，与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm的石墨颗粒的个数为3-7个。如上所述的负极片，其中，所述硅基材料包括Li-SiOx内核、碳包覆层以及含氧盐包覆层，所述Li-SiOx内核的至少部分表面被所述碳包覆层覆盖，所述碳包覆层的至少部分表面被所述含氧盐包覆层覆盖，其中，1.2＞X＞0.8。如上所述的负极片，其中，所述含氧盐包覆层还包括氟化物。如上所述的负极片，其中，在所述硅基材料中，所述碳包覆层的质量百分数为0.5-5％；所述含氧盐包覆层的质量百分数为0.05-5％；所述Li-SiOx内核的质量百分数为90-99.45％。如上所述的负极片，其中，所述碳包覆层的厚度为0.01-1μm，和/或，所述含氧盐包覆层的厚度为0.01-1μm。如上所述的负极片，其中，基于所述硅基材料和所述石墨颗粒的总质量，所述硅基材料的质量百分数为0.1-55％，所述石墨颗粒的质量百分数为45-99.9％。如上所述的负极片，其中，所述硅基材料的中值粒径Dv50Si为2-15μm，和/或，所述石墨颗粒的中值粒径Dv50Gr为5-20μm。如上所述的负极片，其中，所述石墨颗粒的中值粒径Dv50Gr和所述硅基材料的中值粒径Dv50Si之比为Dv50Gr/Dv50Si，1μm≤Dv50Gr/Dv50Si≤10μm。如上所述的负极片，其中，所述硅基材料的中值粒径Dv90Si与所述硅基材料的中值粒径Dv10Si之比为Dv90Si/Dv10Si，2μm≤Dv90Si/Dv10Si≤6μm。如上所述的负极片，其中，所述Li-SiOx内核在X射线衍射图案中2θ在26.5°-27.5°范围内具有第一特征峰，2θ在18.5°-19.5°范围内具有第二特征峰，2θ在32.5°-33.5°范围内具有第三特征峰。如上所述的负极片，其中，所述第一特征峰的最高强度数值为I1，所述第二特征峰的最高强度数值为I2，所述第三特征峰的最高强度数值为I3，其中I1＞I2＞I3。如上所述的负极片，其中，所述硅基材料的比表面积为0.5-1m2/g；和/或，所述石墨颗粒的比表面积为0.5-1.5m2/g。本专利技术实施例的第二方面提供一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池的负极片为上述的负极片。本专利技术提供的负极片的负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒，硅基材料包括功能硅基材料，所述功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且所述石墨颗粒与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm。本专利技术的负极片中，由于在功能硅基材料和石墨颗粒之间预留了足够的空间，所以当功能硅基材料发生膨胀时，膨胀部分会优先填充这部分空间，降低硅基材料膨胀挤压石墨颗粒的可能性，降低负极片变形的可能性，提高锂离子电池的循环稳定性和安全性能。本专利技术提供的锂离子电池，由于包括上述负极片，所以其不仅具有高的能量密度、首效、快充能力，还具有良好的循环性能和安全性能，适合大规模商业化应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面对本专利技术实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1中的硅基材料的表面扫描电子显微镜(SEM)图；图2为本专利技术实施例1中负极片的截面SEM图；图3为本专利技术对比例1中负极片的截面SEM图；图4为本专利技术实施例1中的Li-SiOx的X射线衍射(XRD)谱图；图5为本专利技术实施例1和对比例5中的锂离子电池循环后的容量保持率对比图；图6为本专利技术实施例2循环600次的负极片的示意图；图7为本专利技术对比例2循环600次的负极片的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的第一方面提供一种负极片，该负极片包括集流体和设置在集流体功能表面的负极活性层，该负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒；硅基材料包括功能硅基材料，功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且石墨颗粒与功能硅基材料的距离为0.5-2μm。可以理解为，本专利技术的功能硅基材料是指与石墨颗粒的距离为0.5-2μm，且至少3个石墨颗粒与其之间的距离为0.5-2μm的硅基材料。需要注意的是，本专利技术中的距离指的是负极片截面SEM图中，硅基材料周围至少三个方向测量出的石墨颗粒与硅基材料距离的最小值，任意相邻两个测量方向之间的角度大于30°，从而确保硅基材料在横向和纵向都有足够的膨胀空间。此处的石墨颗粒数指的是单个石墨颗粒的个数，即一次石墨颗粒的个数。如果石墨颗粒形成团聚体，则计算的石墨颗粒的个数是该团聚体中满足上述要求的单个石墨颗粒的个数，而不是将团聚体视为一个颗粒。本专利技术中，如果采用有团聚的硅基材料，则功能硅基材料可以考虑与石墨颗粒距离0.5-2μm的硅基材料的团聚体。并且，本专利技术负极活性层的压实密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体和设置在所述集流体功能表面的负极活性层，所述负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒；/n所述硅基材料包括功能硅基材料，所述功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且所述石墨颗粒与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体和设置在所述集流体功能表面的负极活性层，所述负极活性层包括硅基材料和石墨颗粒；
所述硅基材料包括功能硅基材料，所述功能硅基材料的周围至少有3个石墨颗粒，且所述石墨颗粒与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm。


2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，基于所述硅基材料的总数量，所述硅基材料包括至少50％的功能硅基材料。


3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，与所述功能硅基材料的距离为0.5-2μm的石墨颗粒的个数为3-7个。


4.根据权利要求1-3任一项所述的负极片，其特征在于，所述硅基材料包括Li-SiOx内核、碳包覆层以及含氧盐包覆层，所述Li-SiOx内核的至少部分表面被所述碳包覆层覆盖，所述碳包覆层的至少部分表面被所述含氧盐包覆层覆盖，其中，1.2＞X＞0.8。


5.根据权利要求4所述的负极片，其特征在于，所述含氧盐包覆层还包括氟化物。


6.根据权利要求4或5所述的负极片，其特征在于，在所述硅基材料中，所述碳包覆层的质量百分数为0.5-5％；所述含氧盐包覆层的质量百分数为0.05-5％；所述Li-SiOx内核的质量百分数为90-99.45％。


7.根据权利要求4-6任一项所述的负极片，其特征在于，所述碳包覆层的厚度为0.01-1μm；和/或，
所述含氧盐包覆层的厚度为0.01-1μm。


8.根据权利要求1-7任一项所述的负极片，其特征在于，基于所述硅基材料和所述石墨颗粒的总质量，所述硅基材料的质量百分数...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛佳宸，刘春洋，李素丽，
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