一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本申请提供的一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置，由于该负极极片的负极材料层中包含硅基颗粒和石墨颗粒，在该硅基颗粒内制造孔隙，使硅基颗粒的孔隙率α

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置
本申请涉及电化学领域，具体涉及一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置。
技术介绍
锂离子二次电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低、循环寿命长、安全性好等优点，广泛应用于电能储存、移动电子设备、电动汽车和航天航空设备等各个领域。随着移动电子设备和电动汽车进入高速发展阶段，市场对锂离子二次电池的能量密度、安全性、循环性能和使用寿命等都提出了越来越高的要求。由于硅基材料的理论容量达到4200mAh/g，是目前已知具有最高理论容量的负极材料，同时硅储量丰富，价格低廉，因此，目前锂离子二次电池中的负极极片往往使用硅基材料作为下一代高克容量负极材料。但硅基材料在脱嵌锂过程中体积变化率高达300％以上，容易使负极材料破裂和脱落，从而影响锂离子二次电池的电化学性能。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置，以改善电化学装置的电化学性能。需要说明的是，在以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：本申请的第一方面提供了一种负极极片，其包含负极材料层，该负极材料层包含硅基颗粒和石墨颗粒，该硅基颗粒包含硅元素和碳元素；硅基颗粒的孔隙率α1与硅基颗粒中硅含量B满足：P＝0.5α1/(B-α1B)，0.2≤P≤1.6；其中，硅基颗粒的孔隙率α1为15％至60％，硅基颗粒中硅含量B为20wt％至60wt％。在本申请中，“硅基颗粒的孔隙率α1”是指，硅基颗粒中孔隙的体积与硅基颗粒总体积的百分比。在本申请的一种实施方案中，负极极片孔隙率α2与硅含量B满足：P＝0.5α1/(B-α1B)，0.2≤P≤1.6。例如，P值的下限值可以包括以下数值中：0.2、0.4、0.5或0.8；P值的上限值可以包括以下数值中：1.1、1.5或1.6。当P值小于0.2时，硅基颗粒中预留的孔隙难以缓冲纳米硅的嵌锂体积膨胀，碳质材料的机械强度难以承受巨大的膨胀应力，将导致硅基颗粒结构碎裂，恶化其电化学性能；当P值大于1.6时，硅基颗粒中预留的孔隙过大，将恶化碳质材料的机械抗压强度，导致硅基颗粒在加工时容易破裂，暴露出大量的新鲜界面，恶化其首次效率和循环性能，降低锂离子电池的能量密度。因此，将P值控制在上述范围内，能够有效改善锂离子电池的能量密度、循环性能和抗膨胀性能。本申请中，硅基颗粒的孔隙率α1为15％至60％。例如，硅基颗粒的孔隙率α1的下限值可以包括以下数值中：15％、16％、18％、25％、32％或34％；硅基颗粒的孔隙率α1的上限值可以包括以下数值中：38％、43％、45％、47％、56％或60％。当硅基颗粒的孔隙率α1小于15％时，预留的空间难以缓冲纳米硅的嵌锂体积膨胀，碳质材料的机械强度难以承受巨大膨胀应力，将导致硅基颗粒结构破裂，恶化其电化学性能；当硅基颗粒的孔隙率α1大于60％时，孔隙过大，碳质材料的抗压强度降低，导致硅基颗粒在加工时容易破裂，恶化其电化学性能。本申请中，硅基颗粒中硅含量B为20wt％至60wt％，例如，硅含量B的下限值可以包含以下数值中：20wt％或40wt％；硅含量B的上限值可以包含以下数值中：45wt％或60wt％。当硅含量B小于20wt％时，负极材料层的克容量小；当硅含量B大于60wt％时，硅基颗粒在脱嵌锂过程中体积变化率加快，会产生更多SEI，加速消耗锂离子电池中的锂离子和电解液，显著增加锂离子电池的阻抗。本申请中，硅基颗粒可以包含硅元素和碳元素，硅基颗粒还可以包含氧元素、氮元素、磷元素、硫元素等。本申请对硅基颗粒的种类没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包括纳米硅、硅纳米硅、硅碳、纳米氧化硅或硅-金属合金等中的至少一种。整体而言，本申请提供的负极极片包含负极材料层，该负极材料层包含硅基颗粒和石墨颗粒。在硅基颗粒内制造孔隙，使硅基颗粒的孔隙率α1与硅基颗粒中硅含量B满足：P＝0.5α1/(B-α1B)，0.2≤P≤1.6，能够有效缓解硅基颗粒的嵌锂膨胀，从而改善锂离子电池的循环性能和膨胀变形的问题。在本申请的一种实施方案中，负极极片孔隙率α2为15％至41％，例如，负极极片孔隙率α2的下限值可以包括以下数值中：15％、19％或28％；负极极片孔隙率α2的上限值可以包括以下数值中：28％、29％、35％或41％。当负极极片孔隙率α2小于15％时，电解液难以充分浸润，会增加锂离子的传输距离，恶化锂离子电池的动力学；当负极极片孔隙率α2大于41％时，锂离子电池在循环中容易出现硅基颗粒和石墨颗粒间接触失效，导致循环性能恶化、降低锂离子电池的能量密度。在本申请中，“负极极片孔隙率α2”是指，负极极片中各种颗粒间孔隙的体积与负极极片总体积的百分比。在本申请中，硅基颗粒内和负极极片的孔隙各自独立地包含孔径小于2nm的微孔、孔径为2nm至50nm的介孔或大于50nm的大孔。在本申请中，对上述微孔、介孔和大孔的数量没有特别限定，只要能够实现本申请目的即可。在本申请的一种实施方案中，硅基颗粒的孔隙率α1与所述负极极片孔隙率α2之和α满足：45％＜α＜90％。例如，硅基颗粒的孔隙率α1与负极极片孔隙率α2之和α的下限值可以包括以下数值中：43％、46％、47％、51％、53％、60％、62％或67％；硅基颗粒的孔隙率α1与负极极片孔隙率α2之和α的上限值可以包括以下数值中：71％、72％、73％、88％或89％。当负极极片孔隙率α2和硅基颗粒的孔隙率α1之和α控制在上述范围时，锂离子电池的循环性能和抗膨胀性能得到显著提升。在本申请的一种实施方案中，负极材料层中硅基颗粒的含量为3wt％至80wt％。例如，负极材料层中硅基颗粒的含量的下限值可以包括以下数值中：3wt％、10wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％；负极材料层中硅基颗粒的含量的上限值可以包括以下数值：45wt％、55wt％、60wt％、70wt％或80wt％。通过将负极材料层中硅基颗粒的含量控制在上述范围内，使负极材料层保持高克容量，从而提升锂离子电池的能量密度。在本申请中，对负极材料层中石墨颗粒的含量没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极材料层中石墨颗粒的含量可以为20wt％至97wt％，负极材料层中石墨颗粒的含量的下限值可以包括以下数值中：20wt％、25wt％、30wt％或40wt％，负极材料层中石墨颗粒的含量的上限值可以包括以下数值中：50wt％、60wt％、70wt％、80wt％或90wt％。通过将负极材料层中石墨颗粒的含量控制在上述范围内，使负极材料层增强导电性，减少其与电解液的接触，减少SEI的产生。在本申请的一种实施方案中，硅基颗粒采用拉曼测试的D峰与G峰的峰强比值为0.2至3；所述D峰为硅基颗粒的拉曼光谱中位移范围为1255cm-1至1355cm-1的峰，所述G峰为硅基颗粒的拉曼光谱中位移范围为1575cm-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片，其包含负极材料层，所述负极材料层包含硅基颗粒和石墨颗粒，所述硅基颗粒包含硅元素和碳元素；/n所述硅基颗粒的孔隙率α

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极极片，其包含负极材料层，所述负极材料层包含硅基颗粒和石墨颗粒，所述硅基颗粒包含硅元素和碳元素；
所述硅基颗粒的孔隙率α1与所述硅基颗粒中硅含量B满足：P＝0.5α1/(B-α1B)，0.2≤P≤1.6；
其中，所述硅基颗粒的孔隙率α1为15％至60％，所述硅基颗粒中硅含量B为20wt％至60wt％。


2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极极片孔隙率α2为15％至41％。


3.根据权利要求2所述的负极极片，其中，所述硅基颗粒的孔隙率α1与所述负极极片孔隙率α2之和α满足：45％＜α＜90％。


4.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极材料层中硅基颗粒的含量为3wt％至80wt％。


5.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述硅基颗粒采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖群超，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35