[实用新型]一种纳米硅碳锂离子电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及电池领域，涉及一种纳米硅碳锂离子电池。

背景技术

我国动力型锂离子电池的研究正处于高速发展阶段。锂离子电池从小型电子产品应用领域转向大功率的动力锂电领域，同时对锂离子电池的负极材料提出了新的要求。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上影响着锂离子电池的整体性能。目前，商业化的锂离子电池负极材料通常为石墨化碳材料比容量低，高倍率充放电性能较差且存在安全隐患，已无法满足更高比容量和安全性要求。因此，开发比容量高、循环性能好、充放电性能优异的新型锂离子电池负极材料成为迫切需要。硅的嵌锂电位低，且在目前已知的材料中比容量最高(4200mAh.g^-1)，远大于石墨的理论容量；同时硅较石墨作为负极更为安全可靠，所以在业界范围内得到广泛的研究。

尽管硅的容量要高出碳十倍之多，由于巨大的体积效应造成硅基负极材料在脱/嵌锂过程中容量快速衰减，电极循环性能迅速下降，极大阻碍了其商业化的进程。

现有的方形锂离子电池的电极极片的集流体两侧涂覆的电极活性材料均是满布的，即两侧均涂满了电极活性物质，而这种布置方式使得处于卷绕弯曲段的电极极片两侧的活性物质容易发生剥落或脱离，进而容易引起电池短路，降低电池的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种纳米硅碳锂离子电池，所述纳米硅碳锂离子电池的技术方案是这样实现的：

一种纳米硅碳锂离子电池，所述锂离子电池为方形锂离子电池，是由卷绕体卷绕而成的，所述卷绕体包括集合片以及集合片之间的第一隔膜组成的，所述集合片是由正极片、负极片以及设置所述正极片和负极片之间的第二隔膜构成的，所述正极片、负极片、第一隔膜和第二隔膜均呈长带状结构，所述正极片和负极片的起始端分别与正极端子、负极端子相连。

进一步的，所述正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体两侧的正极活性物质层构成，所述正极活性物质层是由封闭区和开口区组成的，所述封闭区和开口区是间隔设置的，所述开口区对应的是正极片卷绕时的弯曲段，所述封闭区对应的是正极片卷绕时的平直段。

进一步的，所述负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体两侧的负极活性物质层构成，所述负极活性物质层是由封闭区和开口区组成的，所述封闭区和开口区是间隔设置的，所述开口区对应的是负极片卷绕时的弯曲段，所述封闭区对应的是负极片卷绕时的平直段。

优选的，所述负极集流体的开口区内还设置成凹槽结构。

优选的，所述正极活性物质是锂金属或锂金属合金，所述负极活性物质为纳米硅碳复合负极材料。

优选的，所述正极活性物质层和负极活性物质层的封闭区的宽度从起始端到末端是逐渐增大的。

优选的，所述正极活性物质和负极活性物质层的开口区的宽度从起始端到末端是逐渐增大的。

进一步的，所述正极片和负极片的开口区内也设置有电极活性物质，所述电极活性物质是呈凹凸条状间隔设置的。

更进一步的，所述凹凸条状的横截面形状可以是矩形、正梯形、倒梯形或锥形形状的一种。

更进一步的，所述凹凸的间隔是不均匀的，所述凹凸条状的间隔是从中间向两端逐渐增大的。

优选的，所述正极片和负极片的开口区的宽度大于相应的封闭区宽度的5％而小于相应的封闭区宽度的20％。

进一步优选的，所述负极活性物质层的表面还涂覆一层石墨烯层。

本实用新型的锂离子电池通过将集流体两侧电极活性物质设置成封闭区域与开口区间隔交替布置的形式，将开口区设置在弯曲段，不但能够满足硅碳负极材料充放电时发生的体积膨胀和收缩，还能降低了电极活性物质在弯曲段发生剥离和脱落的可能性，从而提高了电池的使用寿命；负极活性材料层包面设置一层石墨烯层，不但能够提高电池的载流子离子传导性，还能够抑制活性物质表面的固体电解质界面膜(SEI)的厚度的增加，提高电池的循环性能；将集电体结构设置成凹槽结构，增加其比表面积，提高电池充放电性能。

附图说明

图1为本实用新型锂离子电池的结构示意图；

图2为本实用新型锂离子电池的正极极片结构示意图；

图3为本实用新型锂离子电池的正极极片结构示意图；

图4为本实用新型锂离子电池的正负极极片卷曲时示意图；

图5为本实用新型锂离子电池一个实施例的负极极片开口区结构示意图；

图6为本实用新型锂离子电池的正负极极片开口区一个实施例的结构示意图。