【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种硅基负极片及其制备方法和应用。
技术介绍
1、便携式电子设备和电动汽车的快速发展要求锂离子电池具有更高的比能量、更长的循环寿命和更低的成本。
2、当前传统石墨负极实际开发容量已经十分接近其理论值（372mah/g），对于提升电池能量密度空间有限，因此亟待开发下一代负极材料。与石墨相比，硅基负极具有更高的理论比容量以及合适的嵌锂电位，被认为是下一代高能量密度锂离子电池的有力竞争者。然而，硅基负极在首次锂化过程中，由于sei层的形成以及其它不可逆副反应对活性锂的消耗，导致电池的首次库伦效率以及电芯循环寿命偏低。目前主要通过化学预锂（机械合金化法和溶液预锂化法）、电化学预锂、物理接触预锂等来提高电芯性能，但补锂过程中锂源与硅源直接接触，无法控制补锂速率，导致合金化反应过程中释放大量的热，存在热失控的风险，且现有的补锂方案中补锂程度不均一，锂源难以渗透到极片深处，远离锂源的硅无法进行有效补锂，难以稳定形成sei，导致循环后期电芯失效。
3、因此，如何有效避免补锂过程中锂源与硅源的直接接触，同时避免内层硅补锂不充分的情况发生，从而提高电芯的电化学性能，是当下亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种硅基负极片及其制备方法和应用。本专利技术提供的硅基负极片可以实现由外向内逐层补锂，其中在集流体表面预先涂覆补锂硅基层，可以避免内层硅补锂不充分的情况发生，且补锂硅基层在电池首次循环时，可以通过自愈
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种硅基负极片，所述硅基负极片包括负极集流体，以及沿着远离所述负极集流体的方向，在所述负极集流体至少一表面层叠设置的补锂硅基层、硅基活性涂层、保护层和补锂层。
4、本专利技术提供的硅基负极片可以实现由外向内逐层补锂，其中在集流体表面预先涂覆补锂硅基层，可以避免内层硅补锂不充分的情况发生，且补锂硅基层在电池首次循环时，可以通过自愈合作用，修复硅基活性涂层中因体积膨胀而产生的裂纹，保持电极的结构完整性和导电性，此外借助保护层的存在有效避免了补锂过程中锂源与硅源直接接触导致热失控的风险，且保护层可以有效缓冲硅负极的体积膨胀。基于此制备的锂离子电池具有优异的首效和循环寿命。
5、需要说明的是，本专利技术对硅基活性涂层的种类不作具体限定，示例性的，例如可以是硅氧、硅碳、硅氧和石墨的复合材料或硅碳和石墨的复合材料等。
6、需要说明的是，本专利技术对补锂硅基层的种类不作具体限定，示例性的，例如可以是由锂粉和硅基活性材料混合制备得到。
7、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述硅基负极片满足以下至少一条：
8、所述补锂硅基层中的锂含量为5wt.%-10wt.%，例如可以是5wt.%、6wt.%、7wt.%、8wt.%、9wt.%或10wt.%等。
9、本专利技术中，若所述补锂硅基层中的锂含量过低，则无法有效补偿内层硅基活性涂层中的活性锂损耗，从而导致电池容量衰减和循环性能下降；若所述补锂硅基层中的锂含量过高，则会导致界面出现死锂，且补锂硅基层的体积膨胀加剧，破坏电极的结构完整性和导电性，从而导致电池内阻增大和极化加剧，进而导致循环寿命下降，且锂含量高，补锂速率难以控制，造成电池发热温度高，安全性能降低。
10、所述补锂硅基层的厚度和所述硅基活性涂层的厚度之间满足以下关系：
11、h1/h2=0.2-1.2，其中h1为补锂硅基层的单层涂敷厚度，h2为硅基活性涂层的单层涂敷厚度。
12、本专利技术中，h1/h2=0.2-1.2，例如可以是0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1或1.2等。若h1/h2的比值过大，则补锂硅基层的补锂量过剩，会导致补锂硅基层的体积膨胀过剧，破坏电极的结构完整性和导电性，界面出现死锂，从而导致电池内阻增大和极化加剧，循环寿命下降，发热温度上升，安全性能降低；若h1/h2的比值过小，则补锂硅基层的补锂量不足，无法有效补偿内层硅基活性涂层中的活性锂损耗，从而导致电池容量衰减和循环性能下降。
13、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述硅基负极片满足以下至少一条：
14、所述补锂硅基层的压实密度和所述硅基活性涂层的压实密度之间满足以下关系：
15、p1/p2=1-1.4，其中，p1为补锂硅基层的压实密度，p2为硅基活性涂层的压实密度。
16、本专利技术中，p1/p2=1-1.4，例如可以是1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.3或1.4等。若p1/p2的取值过小，则会导致锂离子难以从补锂硅基层传输到硅基活性涂层，且补锂硅基层难以参与电极反应，造成电池的首次放电容量、库伦效率、循环寿命偏低；若p1/p2的取值过大，则硅基活性涂层压实过低，导致硅基活性材料容易脱落，致使容量衰减严重。
17、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述硅基负极片满足以下至少一条：
18、所述保护层包括多孔氧化石墨烯层，所述多孔氧化石墨烯层负载有锂快离子导体材料。
19、本专利技术中，由于多孔氧化石墨烯层的存在，避免了锂源与硅源直接接触导致热失控的风险，并且多孔氧化石墨烯层还可以通过表面官能团与硅基活性材料形成化学键，利用其高机械强度的优势，在补锂的同时抑制硅基活性涂层的体积膨胀；此外，以多孔石墨烯作为基体，负载锂快离子导体材料，进一步促进了li+传输，提高了补锂效率。
20、所述锂快离子导体材料包括li1.5al0.5ge0.5(po4)3、li6.4la3zr1.4ta0.6o12或li1+xalxti2-x(po4)3中的任意一种或至少两种的组合，其中0＜x＜2。
21、所述锂快离子导体材料和所述多孔氧化石墨烯的质量比为1:(0.8-1.2)，例如可以是1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1或1:1.2等。
22、所述补锂层包括锂箔。
23、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述硅基负极片满足以下至少一条：
24、所述保护层的厚度和所述补锂层的厚度之间满足以下关系：
25、h3/h4=1-5，其中h3为保护层的单层涂敷厚度，h4为补锂层的单层涂敷厚度。
26、本专利技术中，h3/h4=1-5，例如可以是1、2、3、4或5等。若h3/h4的比值过小，则保护层难以控制补锂速率，从而导致补锂不均一，甚至导致发生局部过热现象，致使电芯温度偏高，循环寿命下降；若h3/h4的比值过大，则保护层的阻碍作用过强，锂离子的扩散速率受保护层的控制，从而导致补锂时间过长，补锂效率低，补锂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅基负极片，其特征在于，所述硅基负极片包括负极集流体，以及沿着远离所述负极集流体的方向，在所述负极集流体至少一表面层叠设置的补锂硅基层、硅基活性涂层、保护层和补锂层。
2.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述补锂硅基层中的锂含量为5wt.%-10wt.%；
3.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述补锂硅基层的压实密度和所述硅基活性涂层的压实密度之间满足以下关系：
4.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述保护层包括多孔氧化石墨烯层，所述多孔氧化石墨烯层负载有锂快离子导体材料；
5.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述保护层的厚度和所述补锂层的厚度之间满足以下关系：
6.一种如权利要求1-5任一项所述的硅基负极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述补锂硅基层的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述保护层的制备方法包括以下步骤：
9.根
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1-5任一项所述的硅基负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基负极片，其特征在于，所述硅基负极片包括负极集流体，以及沿着远离所述负极集流体的方向，在所述负极集流体至少一表面层叠设置的补锂硅基层、硅基活性涂层、保护层和补锂层。
2.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述补锂硅基层中的锂含量为5wt.%-10wt.%；
3.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述补锂硅基层的压实密度和所述硅基活性涂层的压实密度之间满足以下关系：
4.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述保护层包括多孔氧化石墨烯层，所述多孔氧化石墨烯层负载有锂快离子导体材料；
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳金书，孙语蔚，连爽，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：上海瑞浦青创新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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