[发明专利]一种锂离子电池阳极极片

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池阳极极片。 

背景技术

锂离子电池大规模商用化以来，凭借其高能量密度、高功率密度的优点，在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。然而随着消费类电子产品的不断更新，电子产品上集成的功能也越来越多，其对电池的能量密度提出的要求也越来越高。 

为了提高电池的能量密度，一些高能量密度的硅阳极材料以及合金阳极材料近年来被逐渐开发出来。虽然这两类阳极材料在提高电池能量密度方面效果很显著，但是它们的膨胀很大，使用这两类材料作为阳极活性物质的电芯在反复充放电过程中有严重的脱膜问题。之所以会发生脱膜，是因为在充电过程中这两类阳极材料制成的膜片在平行于集流体的平面内有很大的膨胀趋势；而在充电过程中，集流体因为没有嵌锂过程发生，而且本身的强度很大，且在充电过程中集流体本身的延展基本上可以忽略，因此集流体几乎不膨胀。所以在膜片和集流体界面上将会产生一个很大的膨胀梯度。在大的膨胀梯度的作用下，膜片和集流体界面上最终产生一个很大的剪切应力，从而导致膜片和集流体发生粘结脱落。 

对于传统的单层结构膜片，基本上没有很好的办法解决硅阳极材料和合金阳极材料的充电膨胀脱膜问题。为了在一定程度上解决该问题，我们可以大幅度地增加膜片中的粘结剂含量来增强膜片和集流体之间的粘结强度以抵抗充电过程中膜片层的膨胀在膜片层与集流体之间的界面所产生的应力；但是增加粘结剂含量会导致膜片中活性物质含量的减少以及膜片动力学性能的降低。当然，我们也可以通过降低硅阳极和合金阳极材料的嵌锂程度来减小膜片层和集流体之间产生的膨胀梯度，但是这样做则与采用硅阳极和合金阳极材料来提高能量密度的初衷完全背道而驰。 

有鉴于此，确有必要提供一种锂离子电池阳极极片，该阳极极片能够在不影响电芯性能的前提下解决硅阳极和合金阳极在电池的充电过程中容易发生膨胀脱膜的问题，从而使采用硅阳极和合金阳极材料来电池的提高能量密度成为可能。 

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池阳极极片，该阳极极片能够在不影响电芯性能的前提下解决硅阳极和合金阳极在电池的充电过程中容易发生膨胀脱膜的问题，从而使采用硅阳极和合金阳极材料来电池的提高能量密度成为可能，以克服现有技术中硅阳极和合金阳极在电池的充电过程中容易发生膨胀脱膜的问题的不足。 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池阳极极片，包括集流体和设置在所述集流体表面的底层膜片，以及设置在所述底层膜片表面的顶层膜片，所述底层膜片和所述顶层膜片均包括活性物质、粘接剂和导电剂，所述底层膜片中的活性物质为石墨，所述顶层膜片中的活性物质为硅、硅合金和锡合金中的至少一种。 

本发明的阳极膜片设置为双层结构，其中，顶层膜片为在平行于集流体的平面内具有大的膨胀趋势的硅阳极和/或合金阳极膜层，底层膜片为充当缓冲层的石墨阳极膜层。如果没有底层膜片的缓冲作用，具有大膨胀趋势的顶层膜片和集流体是直接相粘结的。在充电过程中，该具有大膨胀趋势的硅阳极和/或合金阳极膜片层和集流体的界面上就会产生一个很大的膨胀趋势梯度和界面应力，从而导致该膜层和集流体发生脱离。 

而本发明通过在具有大膨胀趋势的顶层膜片和集流体之间设置具有缓冲作用的石墨阳极底层膜片，使得具有大膨胀趋势的顶层膜片不再和集流体直接相粘结，而是直接和起缓冲层作用的底层膜片直接相粘结，而集流体则直接和起缓冲层作用的底层膜片相粘结。而且，起缓冲层作用的底层膜片中的石墨在充电过程中本身就具有嵌锂膨胀的趋势。在这种情况下，虽然顶层膜片的膨胀趋势很大，但是因为底层膜片也同样具有膨胀趋势，所以可以认为顶层膜片和底层膜片之间的界面的膨胀趋势梯度为两者膨胀趋势之差。换言之，顶层膜片的大膨胀趋势被底层膜片抵消掉一部分，也就是说底层膜片实际上起到一个缓冲层的作用。