一种负极片和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极片和锂离子电池。本发明专利技术第一方面提供了一种负极片，包括负极集流体和设置在负极集流体上的第一负极活性层，所述第一负极活性层包括复合硅材料和碳材料；其中，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散于所述基体颗粒之间的导电材料，所述基体颗粒包括硅材料和粘附在硅材料部分表面的石墨颗粒，所述导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。本申请提供的负极片包括复合硅材料，在保证锂离子电池能量密度提升的基础上，进一步提高了锂离子电池的循环性能和安全性。离子电池的循环性能和安全性。离子电池的循环性能和安全性。

A negative plate and a lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种负极片和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种负极片和锂离子电池，涉及锂离子电池


技术介绍

[0002]近几年来，消费类便携式电子产品销量呈爆发式增长。锂离子电池作为消费类便捷式电子产品的核心部件，为了解决产品“续航和充电焦虑”的问题，高能量密度也成为了锂离子电池的发展方向。
[0003]碳材料作为目前最成熟的负极材料，其比容量已基本被充分发挥，硅材料作为新兴的负极材料，其理论比容量高达4200mAh/g，在现有的化学体系和材料的基础上，将硅材料和碳材料混合作为负极活性物质是一种较为理想的提高能量密度的方式。
[0004]但是，硅材料在充放电过程中体积易膨胀，使得负极活性物质在循环过程中结构崩塌，颗粒分化，负极活性物质之间以及负极活性物质和负极集流体之间丧失电子导电能力，加之硅材料本身导电性能较差，最终导致锂离子电池不可逆容量损失，影响锂离子电池的循环性能；此外，由于硅材料和碳材料导电性能和储锂量的差异，在充电过程中，硅材料和碳材料的电位和极化程度存在差异，使得硅材料的电位高，掺硅附近的石墨电位最低，导致负极片中锂离子浓度分布不均，容易出现析锂的问题，而析出的锂离子不仅会影响锂离子电池的循环性能，也给锂离子电池的安全造成隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种负极片，用于缓解硅材料体积膨胀和负极片析锂的问题，提高锂离子电池的循环性能和安全性。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括负极集流体和设置在负极集流体表面的第一负极活性层，所述第一负极活性层包括复合硅材料和碳材料；
[0007]其中，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散于所述基体颗粒之间的导电材料，所述基体颗粒包括硅材料和粘附在硅材料部分表面的石墨颗粒，所述导电材料包括石墨烯和/或导电碳管，并形成网状结构；
[0008]所述复合硅材料与所述碳材料的D50的差值为0
‑
3.5μm，且所述复合硅材料的D90与D50的差值为3
‑
8μm，D50与D10的差值为4
‑
10μm。
[0009]本专利技术提供了一种负极片，依据目前负极片的常规结构，包括负极集流体以及设置在负极集流体表面的负极活性层，例如，图1为本专利技术一实施例提供的负极片的结构示意图，如图1所示，负极片包括负极集流体1以及设置在负极集流体1上表面的第一负极活性层2，当第一负极活性层2包括硅材料时，虽然可提高锂离子电池的能量密度，但会导致其循环性能和安全性变差，而本专利技术主要对硅材料进行改进得到了一种复合硅材料，以改善硅材料体积易膨胀和导电性差的问题，并将该复合硅材料与碳材料混合作为负极活性物质添加在第一负极活性层中，以提高锂离子电池的循环性能和安全性，具体地，该复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在基体颗粒之间的导电材料，其中，基体颗粒包括硅材料和粘附在
硅材料部分表面的石墨颗粒，可以理解的是，硅材料和石墨颗粒均为颗粒状固体材料，石墨颗粒粘附在硅材料表面并将硅材料包裹在内部，在充电过程中，粘附在硅材料表面的石墨颗粒可为硅材料提供锂离子的缓冲通道，从而降低硅材料和碳材料之间的电位和极化差异，缓解负极片析锂的问题；基体颗粒同样为颗粒状固体材料，基体颗粒与基体颗粒之间存在空隙，分散于基体颗粒空隙中的导电材料不仅可以提高硅材料的导电性，并且其形成的导电网络还可束缚硅材料的膨胀，从而提高锂离子电池的循环寿命；由于本申请对硅材料进行了包覆，复合硅材料的粒径会适当增大，当本专利技术提供的复合硅材料与碳材料混合作为负极活性物质时，复合硅材料和碳材料的D50的差值应当在0
‑
3.5μm之间，同时复合硅材料的粒径分布应当均一，即复合硅材料的D90与D50的差值为3
‑
8μm，D50与D10的差值为4
‑
10μm，通过复合硅材料粒径的控制，有助于缓解硅材料和碳材料之间的电位和极化差异，并保持第一负极活性层的孔隙率，保证锂离子电池的循环性能的安全性，可以理解的是，复合硅材料的D50可以大于或小于碳材料的D50，即∣复合硅材料的D50
‑
碳材料的D50∣＝0
‑
3.5μm，而复合硅材料的D90与D50的差值是指D90
‑
D50＝3
‑
8μm，D50与D10的差值是指D50
‑
D10＝4
‑
10μm。综上，本申请提供的负极片包括复合硅材料，在保证锂离子电池能量密度提升的基础上，进一步提高了锂离子电池的循环性能和安全性。
[0010]为了进一步缓解负极片析锂的问题，参考复合硅材料的结构，可以在第一负极活性层远离集流体的表面设置第二负极活性层，所述第二负极活性层包括碳材料。
[0011]图2为本专利技术又一实施例提供的负极片的结构示意图，如图2所示，该负极片包括负极集流体1、依次层叠设置在负极集流体1表面的第一负极活性层2和第二负极活性层3，其中，第二负极活性层3包括碳材料，即不包括硅材料。本专利技术通过在第一负极活性层的表面设置仅包括碳材料的第二负极活性层，在快充过程中，锂离子通过第二负极活性层后再进入第一负极活性层，有利于进一步降低第一负极活性层表面的电位差异，缓解负极片析锂的问题，进一步提高锂离子电池的循环性能和安全性。
[0012]为了便于第一负极活性层和第二负极活性层的粘接，降低负极活性物质的极化程度，以及提高锂离子电池的动力学性能，第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的粒径差异不宜过大，并且将粒径较小的碳材料设置在极片表层，具体地，所述第一负极活性层中碳材料的D50大于所述第二负极活性层中碳材料的D50，且二者差值为3
‑
9μm。
[0013]进一步地，为了进一步提高第一负极活性层和第二负极活性层的孔隙率，提高锂离子电池的动力学性能，碳材料的粒径应均一，具体地，所述第二负极活性层中碳材料的D90与D50的差值为4
‑
10μm，D50与D10的差值为4
‑
8μm；所述第一负极活性层中碳材料的D90与D50的差值为6
‑
15μm。
[0014]随着负极片中复合硅材料的质量分数的不断提高，锂离子电池的能量密度也逐渐提高，但硅材料固有缺点却逐渐显著，因此，为了兼顾锂离子电池的综合性能，所述碳材料与所述复合硅材料的质量比为(75
‑
99.9)：(0.1
‑
25)，进一步地，所述碳材料与所述复合硅材料的质量比为(85
‑
97)：(3
‑
15)，实际制备过程中，可将复合硅材料和碳材料混合作为负极活性物质，并且为了使二者混合更加均匀，可将二者混合后进行研磨处理。
[0015]当负极片包括第二负极活性层时，二者的厚度对锂离子电池性能的影响不大，本领域技术人员可依据实际生产需要进行设置，具体地，所述第一负极活性层与所述第二负极活性层的厚度比为(1
‑
9)：(9...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括负极集流体和设置在负极集流体表面的第一负极活性层，所述第一负极活性层包括复合硅材料和碳材料；其中，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散于所述基体颗粒之间的导电材料，所述基体颗粒包括硅材料和粘附在硅材料部分表面的石墨颗粒，所述导电材料包括石墨烯和/或导电碳管，并形成网状结构；所述复合硅材料与所述碳材料的D50的差值为0
‑
3.5μm，且所述复合硅材料的D90与D50的差值为3
‑
8μm，D50与D10的差值为4
‑
10μm。2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层远离负极集流体的表面还设置有第二负极活性层，所述第二负极活性层包括碳材料。3.根据权利要求2所述的负极片，其特征在于，所述第一负极活性层中碳材料的D50大于所述第二负极活性层中碳材料的D50，且二者差值为3
‑
9μm。4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述第二负极活性层中碳材料的D90与D50的差值为4
‑
10μm，D50与D10的差值为4
‑
8μm；所述第一负极活性层中碳材料的D90与D50的差值为6
‑
15μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保海，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：