[发明专利]一种多孔硅碳混合阳极极片及含该极片的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，尤其是改善电池循环性能的锂离子二次电池及其电解液。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，由于其具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，在移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等强调轻薄短小、多功能的便携式电子产品应用上迅速普及。

目前商品化的锂离子电池大多采用钴酸锂和石墨体系，犹豫该体系点击本身已经难以取得突破性进展，一般来说，锂离子电池的总比容量是有正极材料的比容量、负极材料的比容量以及电池的其他组分来决定，其中正负极材料的比容量是提高锂离子电池总比容量的关键，因此，新型高比容量的锂离子电池电极材料的开发极具迫切性。硅基负极材料由于具有理论比容量高的特点，比容量高达4000mAh/g,有望成为替代商业化石墨或碳负极的材料。然而,在充放电循环过程中,硅基材料要经历严重的体积膨胀和收缩(体积变化率在280％-300％)。造成锂离子二次电池循环中体积膨胀大，循环性能降低，降低了电池的体积能量密度。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种多孔硅碳混合阳极极片及含该极片的锂离子二次电池，其克服了硅碳混合阳极锂离子二次电池循环中体积膨胀大的缺点，提高硅碳阳极锂离子电池的循环性能和能量密度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔硅碳混合阳极极片，所述阳极极片包括一阳极集流体，以及涂布在该阳极集流体上的涂膜层；所述阳极集流体为设有多个通孔的多孔阳极集流体片；所述涂膜层分为两层，第一层涂膜层为粘结剂和导电剂的混合物，第二层涂膜层为硅碳混合物、粘结剂和导电剂的混合物，所述的第二层涂膜层涂布在第一层涂膜层之上；

2.根据权利要求1所述的一种多孔硅碳混合阳极极片，多孔阳极集流体片的通孔的孔径d1为5μm～10μm；相邻通孔的圆心之间的间距d2为5mm～15mm；邻近该集流体片边缘设置的通孔，其圆心距离该集流体片边缘的间距d3为5mm～10mm。

如前所述的一种多孔硅碳混合阳极极片，第一层涂膜层的粘接剂选自聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯酸PAA、丁苯橡胶SBR、聚偏氟乙烯PVDF、羧甲基纤维素钠CMC中的至少一种，且该第一层涂膜层的导电剂选自气相生成碳纤维VGCF、碳纳米管CNT、导电碳黑SuperP中的至少一种；所述粘结剂在第一层涂膜层的混合物中的质量百分比为70％～90％，所述导电剂在第一层涂膜层的混合物中的质量百分比为10％～30％；且所述第一层涂膜层在多孔阳极集流体片上涂布后的烘烤温度为60℃～90℃，及第一层涂膜层在多孔阳极集流体片上的涂布量密度为0.0005g/cm²～0.0020g/cm²。

如前所述的一种多孔硅碳混合阳极极片，第二层涂膜层的硅碳混合物中，硅的含量为3％～15％；且该第二层涂膜层的所述粘接剂选自聚酰亚胺PI、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯酸PAA、丁苯橡胶SBR、聚偏氟乙烯PVDF、羧甲基纤维素钠CMC中的至少一种，及该第二层涂膜层的所述导电剂选自气相生成碳纤维VGCF、碳纳米管CNT、导电碳黑SuperP中的至少一种。

如前所述的一种多孔硅碳混合阳极极片，第二层涂膜层的硅碳混合物中，硅的含量为3％～15％；且该第二层涂膜层的所述粘接剂选自聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠中的至少一种，及该第二层涂膜层的所述导电剂选自气相生成碳纤维、碳纳米管、导电碳黑中的至少一种。

一种锂离子二次电池，其包括阴极极片、阳极极片，还包括间隔于相邻阴、阳极极片之间的隔离膜和电解液，所述阳极极片为硅碳混合阳极极片，所述的硅碳混合阳极极片为如前所述的硅碳混合阳极极片。

上述技术方案的有益之处在于：

本发明多孔硅碳混合阳极极片在充电时，由于硅颗粒碳颗粒都会吸收大量的锂离子引起体积的大量膨胀，集流体会随着硅碳颗粒的膨胀发生膨胀，同时硅碳颗粒会沿着垂直集流体的方向发生大量膨胀，引起电池体积的膨胀。采用多孔硅碳混合阳极极片工艺提供的多孔结构能够吸收硅碳颗粒沿集流体平行方向的张力，同时降低了垂直于集流体方向张力的强度，降低了充电过程中锂离子二次电池的体积膨胀。同时，由于铜质集流体在膨胀过程中与涂膜层会发生错位，降低涂膜层与集流体的粘接效果。因此，本发明除第二涂膜层外，还增设有第一涂膜层，可以起到缓冲作用，避免涂膜层与铜质集流体的分离。

附图说明