[发明专利]锂离子二次电池的负极材料、负极片、及锂离子二次电池在审
申请号: | 201911356584.5 | 申请日: | 2019-12-25 |
公开(公告)号: | CN110931764A | 公开(公告)日: | 2020-03-27 |
发明(设计)人: | 潘庆瑞;夏进阳;李达;高红 | 申请(专利权)人: | 深圳市比克动力电池有限公司 |
主分类号: | H01M4/36 | 分类号: | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/20 |
代理公司: | 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 | 代理人: | 许青华 |
地址: | 518119 广东省*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 锂离子 二次 电池 负极 材料 | ||
本发明公开了锂离子二次电池的负极材料、负极片、及锂离子二次电池,本发明中,将硅基负极活性材料和石墨负极活性材料复合作为负极活性材料,且所述硅基负极活性材料以高容量的硅氧材料SiOx为核心,并表面包覆有碳类活性物质;同时负极材料中添加单壁碳纳米管等导电剂。通过这种设置,可以提高锂离子二次电池的能量密度,改善硅氧材料的电子导电性,有利于缓冲硅氧材料在电池循环中的体积变化,同时提高其首次库伦效率,可以有效解决硅氧材料首次库伦效率低和倍率性能差的问题。
技术领域
本发明涉及了锂离子电池技术领域,特别是涉及了锂离子二次电池的负极材料、负极片、及锂离子二次电池。
背景技术
锂离子电池因优异的循环寿命、高能量密度、环境友好等优势成为便携式电子设备和电动汽车和储能领域的理想电源。随着上述领域的发展,电源系统对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。
传统锂离子电池的负极材料主要为天然石墨、人造石墨或者复合石墨等石墨类材料,而石墨类材料的理论克容量只有372mAh/g。尽管随着技术的发展,石墨类材料的实际可逆克容量在逐渐提高,但也仅仅是无限接近其理论克容量上限,无法再有明显的提升空间。而随着国家对锂离子电池单体能量密度要求的提高(2020年达到300Wh/kg),现有石墨体系已经越来越无法满足高能量密度的要求,新的负极体系的开发及应用变得越来越有必要。而在非碳负极材料中,硅以丰富的地壳储量、超高的容量优势、适宜的脱/嵌锂电位成为最有前途的下一代锂离子电池负极材料。其中硅氧材料(SiOx)具有良好脱嵌锂能力,它在嵌锂状态下体积膨胀较晶体硅小(约200 %),具有较好的循环稳定性和较高的可逆容量,SiOx在第一次嵌锂过程中首先与锂离子发生反应形成单质Si、Li2O及硅酸锂(LiXSiOy),单质Si作为活性材料与锂离子进一步发生电化学反应。反应生成的Si决定了硅基材料的电化学储锂容量;Li2O与锂硅酸盐不参与反应,但是能够作为缓冲介质抑制硅的体积膨胀,从而提升材料循环性能。但是该硅氧材料SiOx的电子导电性差,存在首次库仑效率低、倍率性能差等不足,限制了这类材料的进一步发展和应用。
事实上,不仅是硅负极,大部分负极材料都存在一个重要现象:在首次充放电过程中,有机电解液会在负极材料表面与正极迁移过来的锂离子和电子结合,发生还原分解形成电子绝缘、锂离子可导的钝化膜,即固态电解质膜,简称SEI膜。在全电池体系中,锂离子全部由正极材料提供,SEI膜的形成消耗了电池中活性锂离子,导致正极材料的浪费和电池容量的衰减。针对上述问题,人们提出对锂离子电池进行补锂,以补充电池首次充电过程中形成负极SEI膜所消耗的锂离子。目前在对补锂工艺的研究中,大部分都是在负极上进行补锂,且针对硅基负极材料补锂的研究大多较为复杂,如热掺杂、电化学掺杂、锂有机溶液掺杂等。本申请的发明人在实现本申请实施例的过程中,发现上述技术至少存在如下技术问题:工艺繁琐,设备成本较高,生产环境严苛,且均匀性很难控制,且所制备的锂离子二次电池的循环稳定性较差,难以工业化生产。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷,本发明提供锂离子二次电池的负极材料、负极片、及锂离子二次电池。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现:
本发明的第一方面,提供了锂离子二次电池的负极材料,包括负极活性材料和负极导电剂,所述负极活性材料包括硅基负极活性材料和石墨负极活性材料,其中,所述硅基负极活性材料以硅氧材料SiOx为核心,并表面包覆有碳类活性物质,其中,0.5≤x≤1.6。
进一步地,所述碳类活性物质占硅基负极活性材料的质量百分比为3-10%。
进一步地,所述硅氧材料SiOx的颗粒尺寸为2-6μm。
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