[发明专利]一种锂离子二次电池复合负极片及其制备方法和锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，特别是涉及一种锂离子二次电池复合负极片及其制备方法和锂离子二次电池。

背景技术

随着便携电子设备和电动汽车对能量密度的要求越来越高，高性能锂离子二次电池的研发显得日益重要。

随着人们对于负极材料的不断探索，可与锂形成合金的材料(Si、Sn、Ge、Mg、Sb、Al、Zn等)因其较高的理论容量、良好的嵌入/脱出能力成为了高能锂离子二次电池中最有前景的一类负极材料。例如，纯硅材料的理论容量高达4200mAh/g，约是石墨负极的十倍。但是硅材料在脱嵌锂的过程中体积变化超过300%，会导致其极易从集流体上脱落，而且硅材料本身电导率较低。目前业界主要采用纳米化、薄膜化、复合化及设计多级特殊结构四种方式来对其进行改性，但效果均不理想，或者是制备过程复杂，难于实现商业化，或者是大量非活性物质的引入极大地消弱了纯硅材料的高容量优势。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种锂离子二次电池复合负极片，用以解决现有技术中硅材料由于体积膨胀效应，极易从集流体上脱落，以及单纯硅材料使负极片整体电导率较低的问题，从而提高锂离子二次电池的容量和循环使用寿命。本发明实施例第二方面提供了所述锂离子复合负极片的制备方法，工艺简单方便，成本低，易于工业化生产。本发明实施例第三方面提供了包含该锂离子二次电池复合负极片的锂离子二次电池。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子二次电池复合负极片，包括金属集流体和沉积在所述金属集流体表面的第一负极活性层，以及涂敷设置在所述第一负极活性层表面的第二负极活性层，所述第一负极活性层为硅基活性材料层，所述硅基活性材料层的厚度为5nm～2μm，所述硅基活性材料层的材质为硅基活性材料的纳米颗粒和纳米线中的一种或几种，所述第二负极活性层的材料包括负极活性材料、粘结剂和导电剂，所述负极活性材料为碳素类负极材料和钛酸锂中的至少一种。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种锂离子二次电池复合负极片，将硅基活性材料层在金属集流体表面的沉积厚度控制在5nm～2μm，且在硅基活性材料层表面进一步涂覆设置一层第二负极活性层。这样，一方面，由于较小厚度的硅基活性材料层能更紧密地与集流体结合，且加上第二负极活性层的保护，可以减少硅基活性材料与电解液的直接接触，缓冲硅基活性材料的体积膨胀，从而有效解决硅基活性材料因体积膨胀效应而易从集流体脱落的问题，延长锂离子二次电池的循环使用寿命；另一方面，由于复合负极片具有硅基活性材料层和第二负极活性层的双储锂层结构，从而能有效提高负极片的容量。另外，纳米化后材料的导电能力会大大提高，因此硅基活性材料对集流体的整体导电特性几乎没有影响。

在本发明实施例第一方面中，优选地，所述硅基活性材料选自硅单质、硅氧化物和硅合金中的一种或几种。

优选地，所述硅基活性材料纳米颗粒的粒径为5nm～2μm，沉积在所述金属集流体表面的相邻的纳米颗粒之间的间隔为10nm～2μm。

优选地，所述硅基活性材料纳米线垂直生长在所述金属集流体表面，所述纳米线的直径为5～50nm，长度为5nm～2μm，相邻的所述纳米线之间的间隔为10nm～2μm。

沉积在金属集流体表面的硅基活性材料纳米颗粒或纳米线，相邻的纳米颗粒或纳米线之间保留一定的间隔距离，能够为硅基活性材料的膨胀预留空间，从而减缓体积效应给负极片带来的破坏，使硅基活性材料在金属集流体表面附着稳固，提高负极片的循环使用寿命。

优选地，所述第二负极活性层的厚度为1～200μm。

优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和水溶性人造橡胶中的一种或多种；所述导电剂为Super-P、SFG-6、KS6、CNTs和VGCF中的一种或多种。

优选地，所述金属集流体为铜、镍、钛或不锈钢材质的箔片或网。