[发明专利]一种负极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种负极片及其制备方法和应用。本发明第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i‑1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；其中，第(i‑1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i‑1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。本发明提供的负极片，通过硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增的方式，可有效防止循环过程中负极片掉粉，降低了负极片的体积膨胀率，提高了负极片的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种负极片及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域。

背景技术

随着新能源的发展，锂离子电池在各个领域中得到了长足的发展。其中锂离子电池的负极片的选择和制备对于锂离子电池的性能有很大的影响。而碳材料具备电导率优异，膨胀率较低，自然界储存丰富，循环稳定好，库伦效率高等优点，使得碳材料成为锂离子电池负极片中应用最广泛的负极材料。但是，由于碳材料理论容量较低，并且目前碳材料实际发挥出的容量已接近碳材料的理论容量，尤其例如石墨(372mAh/g)，导致锂离子电池向高能量密度的发展受到了限制。

随着负极材料技术的不断发展和进步，本领域技术人员发现硅材料的理论容量较高(4200mAh/g)，同时具备良好的循环性能，有助于解决碳材料理论容量较低无法进一步提高锂离子电池的能量密度的问题。但是，由于硅材料体积粉化较为严重，导致包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重、循环衰减较快，硅材料性能无法得到有效发挥。

发明内容

本发明提供一种负极片及其制备方法，用于解决包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重、循环衰减较快的问题。

本发明第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i-1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；

其中，第(i-1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i-1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。

本发明第一方面提供了一种负极片，负极片包括集流体和N层活性层，N≥2，活性层中包括硅材料和碳材料，N层活性层依次涂布在集流体表面，并且N层活性层中，硅材料的质量从靠近集流体一侧向远离集流体一侧逐层递减，碳材料的质量从靠近集流体一侧向远离集流体一侧逐层递增。图1为本发明一实施例提供的负极片结构示意图，如图1所示，该负极片包括集流体和N层活性层，每层活性层中均包括硅材料和碳材料，并且第一层活性层中硅材料的质量大于第二层活性层中硅材料的质量，碳材料的质量小于第二层活性层中碳材料的质量，以此类推，使得最终负极片活性层中，第一层活性层中硅材料的质量最多，碳材料的质量最少，第N层活性层中，硅材料的质量最少，碳材料的质量最多。本发明提供的负极片，通过碳材料与硅材料的复合，提高了负极片中硅材料的负载量，提高了负极片的能量密度；同时通过硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增的方式，有效防止了循环过程中负极片掉粉，降低了负极片的体积膨胀率，提高了负极片的循环性能，此外，随着碳材料质量的不断增加，也提高了电解液浸润负极片的能力，提高了负极片的电导率，使得负极片的容量得到了有效的发挥。

为了进一步兼顾硅材料的负载量和负极片的体积膨胀率，在每层活性层中均包括硅材料和碳材料，且硅材料质量逐层递减的基础上，控制每层活性层中硅材料的质量为碳材料和硅材料总质量的10-90％，即第一层活性层中硅材料的质量不高于所述硅材料和碳材料总质量的90％，第N层活性层中硅材料的质量不低于所述硅材料和碳材料总质量的10％。