[发明专利]一种锂离子电池负极及其制备方法和一种锂离子电池

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和含有此负极的一种锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池动力化的发展，人们对锂离子的能量密度和功率密度有个更高的需求，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，开发新型的负极材料至关重要，硅因高达4200mAh/g理论容量因此倍受关注。硅虽具有高的理论比容量，但实际使用过程中循环性能极差，主要是由于循环过程中硅巨大的体积膨胀（高达3倍），同时膨胀形成的新鲜界面与电解液反应持续反应。为了改善这一状况，目前常用现有手段之一就是在硅负极表面涂覆一层惰性保护层，常用三氧化二铝，惰性保护层一定程度上阻止了硅负极与电解液的直接接触，从而改善了其循环性能。但常用的惰性保护层，在循环性能得到提升的同时其他电性能却大大减弱。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中常用的惰性保护层，在循环性能得到提升的同时其他电性能却大大减弱技术问题。提供了一种在保证保护作用的同时降低保护层的阻抗，在有效提高电池的循环性能的基础上保证电池的综合电性能的一种锂离子电池用硅负极及其制备方法。

针对上述技术问题，本发明提出了一种锂离子电池负极，包括集流体、设置在集流体上的活性层以及活性层表面的保护层，所述保护层包括位于活性层表面的致密层及位于致密层表面的疏松层；所述致密层的孔隙率小于疏松层的孔隙率。

一种锂离子电池负极的制备方法，包括将活性层材料附着于集流体表面，制得待用极片；将致密层材料与纳米导电材料混合得混合物，后将混合物附着于待用极片上制成致密层；将疏松层材料与纳米导电材料混合，后将混合物附着于待用极片表面，烘烤后制得极片。

一种锂离子电池负极的制备方法，包括将活性层材料附着于集流体表面，制得待用极片；将致密层材料附着于待用极片上制成致密层；将疏松层材料附着于待用极片表面，烘烤后制得极片。

一种锂离子电池，包括壳体、位于壳体内部的极芯、密封壳体的盖板及位于壳体内部处于极芯之间的电解液；所述极芯包括正、负极片及位于正负极片之间的隔膜；所述正极片包括正集流体及涂覆在正集流体上的正极材料；所述负极片包括负集流体及涂覆在负集流体上的负极材料。

本发明的发明人通过长期的试验研究发现，现有的惰性保护层一般比较致密，其会减弱电子与锂离子的迁移速度，导致电池内部阻抗增加，在电池循环性能得到提升的同时其他电性能大大减弱，但提高此惰性保护层的孔隙率又会造成保护层脱落或分解等保护层不稳定的技术问题，本发明通过特殊的致密层与疏松层结构的协同作用，在起到保护作用的同时又能保证锂离子的正常迁移，从而保证了电池的综合电性能。

本发明的发明人在实验中意外发现，在活性层表面设定特殊结构的疏松层一方面可以隔离电解液，另一方面在特定的孔隙率下保证一定量的电解液通过，致密层一方面具有一定的惰性，可以起到保护的作用，另一方面采用具有脱嵌锂性能特定材料，在活性层与保护层之间起到过渡作用。通过二者的协同作用，在起到保护作用的同时，又保证了电解液的稳定且正常的供应，从而保证了电池的循环性能。

通过上述技术方案，应用于锂离子电池用硅负极片，可以在保证保护作用的同时降低保护层的阻抗，在有效提高电池的循环性能的基础上保证电池的综合电性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提出了一种锂离子电池负极，包括集流体、设置在集流体上的活性层以及活性层表面的保护层，所述保护层包括位于活性层表面的致密层及位于致密层表面的疏松层；所述致密层的孔隙率小于疏松层的孔隙率。

本发明的发明人在实验中意外发现，在活性层表面设定特殊结构的疏松层一方面可以隔离电解液，另一方面在特定的孔隙率下保证一定量的电解液通过，致密层一方面具有一定的惰性，可以起到保护的作用，另一方面采用具有脱嵌锂性能特定材料，在活性层与保护层之间起到过渡作用。通过二者的协同作用，在起到保护作用的同时，又保证了电解液的稳定且正常的供应，从而保证了电池的循环性能。本发明所述致密层的孔隙率低于疏松层，有利于锂离子的快速迁移。

所述致密层的孔隙率为30～35%，所述疏松层的孔隙率为35～50%。