[发明专利]一种锂离子电池负极及其制备方法以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极及其制备方法以及用该负极制成的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着移动设备变得越加尖端且多功能，要求作为移动设备电源的二次电池具有更高的容量。满足该要求的应用最广泛的二次电池是锂离子二次电池。然而，在目前的以锂钴氧化物为正极、以石墨为负极的典型锂二次电池中，其电池容量已经达到了饱和点，很难有显著地提高。

目前对于非碳负极材料的研究表明，许多具有高储锂性能的材料，如硅、锡、铝等均能与锂形成合金，其可逆容量远远大于石墨类负极，但这些材料在嵌锂过程中都存在很大的体积膨胀，导致活性材料与集流体的电接触变差，进而导致材料的容量循环性能变差，制成的电池寿命非常短，阻碍了材料实用化。

人们积极地研究了利用碳材料增加硅活性材料的导电性，同时用铁、铝、镍、铜等延展性好的金属缓解硅材料的体积膨胀。在专利CN 1242502C中，利用铝良好的延展性以及碳材料优越的导电性能，制备出循环性能良好的负极材料，但是为了减轻硅体积膨胀的影响，活性材料中硅的含量低，导致材料的总体比容量水平比较低，没能实现大容量电池的要求。

另一方面，人们还研究了对负极集流体表面进行处理。使集流体表面形成凸起，利用烧结的方法使活性材料与集流体一体化，让活性材料在循环过程中不容易脱落，改善循环性能。但是，由于硅、锡材料膨胀比较大，单一的涂布方法使膨胀只能在上下方向进行，致使极片厚度增加。极片上活性材料的相互挤压，使极片褶皱，电池厚度严重增加，出现电池发鼓现象。在CN 20071014583中，采用丝网印刷的方法在集流体上形成非连续的凸起状活性层，使活性颗粒进行三维六方位的膨胀来吸收活性材料的体积膨胀，抑制极片厚度的增加，但是由于活性物质的非连续性，在未敷料的集流体上容易在充放电过程中沉积锂枝晶，影响电池的循环性能，并在锂枝晶连续生成的情况下可能会穿透隔膜而造成内部短路，进而导致发热膨胀甚至起火爆炸等安全问题。另外，为了做成非连续活性材料的结构，极片敷料量少，很难实质性地提高电池的体积比容量。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有的含有非碳材料的锂离子二次电池负极体积膨胀而引起电池循环性能较差或者连续生成锂枝晶而引起电池内部短路的缺点，提供一种能够避免体积膨胀和锂枝晶的生成并进而改善电池的循环性能和避免引起电池短路的锂离子二次电池负极。

本发明的第二个目的是提供一种锂离子电池负极的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种含有本发明负极的锂离子电池。

本发明提供了一种锂离子电池负极，该负极包括负极集流体以及负载在该集流体上的负极材料，其中，负极材料为两层：一层是直接与集流体粘结的连续层；另一层是位于连续层上的非连续层。

本发明还提供了一种锂离子电池负极片的制备方法，该方法包括将含有负极材料的浆料连续地负载在负极集流体上，之后干燥，在负极集流体上形成连续层；将含有负极材料的浆料间隔地负载在所述连续层上，之后干燥，在所述连续层上形成非连续层；然后压延，得到负极。

本发明还提供了一种锂离子电池，该电池包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括正极片、隔膜和负极片，其中，所述负极片为本发明的负极片。

该负极结构能够为活性材料的体积变化提供充足的空间，有效抑制活性材料充放电过程中体积变化对电极内集电性能的破坏，又能够防止集流体直接暴露而沉积锂枝晶的问题。使用该负极制成的锂离子二次电池在保持高容量的同时，循环性能也得到很大改善。

附图说明

图1为本发明所提供的负极的横截面示意图，图中a1为连续活性层，a2为非连续活性层。

具体实施方式

本发明中提供的负极片包括集流体、一层连续活性材料层a1以及一层有凸起结构的非连续活性材料层a2，如附图1所示。

所述负极集流体可以为锂离子电池中常规的负极集流体，例如可以使用铜箔作为负极集流体。

所述连续层是指集流体的整个表面上都负载有负极材料；所述非连续层是指所述连续层的部分表面负载有负极材料。

所述连续层的厚度为10-100微米，所述非连续层的厚度为5-100微米，两层厚度之和为25-150微米，所述非连续层在连续层表面的覆盖率为30-70％。