[发明专利]一种快充型高比容量的负极片及包括该负极片的锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种快充型高比容量的负极片及包括该负极片的锂离子电池。本发明首次提出各向同性的石墨包覆的硅氧化物@导电碳管的复合材料，所述各向同性的石墨包覆的硅氧化物@导电碳管的复合材料中，导电碳管位于硅氧化物颗粒和各向同性的石墨颗粒之间，一则可以增加硅氧化物颗粒之间及颗粒与其表面包覆的具有各向同性的石墨颗粒之间的导电性，第二还有利于缓解硅负极充放电过程体积膨胀导致硅表面的导电网络崩塌，第三还可以降低电芯极化内阻，有效解决石墨负极掺硅后，硅氧化物附近的石墨电位最低，锂离子浓度高，导致的析锂问题，提升了循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种快充型高比容量的负极片及包括该负极片的锂离子电池。

背景技术

近几年来，消费类便携式电子产品销量呈现爆发式增长。锂离子电池作为消费类便携式电子产品的核心部件，长寿命作为锂离子电池的一项重要指标，对节能减排和环境保护有着重要的意义。同时为了解决产品的“续航和充电焦虑”问题，不断提高电池的能量密度和快速充电是目前主要开发方向之一。石墨作为目前最为成熟的负极材料，其比容量已经基本被充分发挥，新兴的硅负极材料的理论比容量高达4200mAh/g，要想在现有的化学体系和材料上提升能量密度，硅和碳材料结合是一种较好的方式。但由于硅材料在充放电过程中体积易膨胀，使其在实际应用过程中的倍率性能和循环性能较差限制了其应用范围。同时锂离子电池的快速充电能力和安全性问题也是影响锂离子电池大规模普及应用的关键因素和技术难题。

发明内容

目前，提升锂离子电池高能量密度、快速充电性能及长循环性能的方法，主要有：(一)降低正负极活性材料的粒径，降低正负极片涂布厚度从而降低锂离子的扩散路径和浓差极化；(二)使用复合导电剂体系，改善颗粒间的电子导电能力；(三)负极直接掺混硅及硅氧化物，提高负极克容量，增加电芯的能量密度。但上述技术也存在一些缺点，降低正负极活性材料的粒径，降低正负极片的涂布厚度，这种措施虽然都可以降低锂离子的扩散路径和浓差极化，提升锂离子电池的快速充电能力，但是此措施必然导致了锂离子电池能量密度的降低。负极掺混硅及硅氧化物虽然可以提升锂离子电池的能量密度，但是由于硅及硅氧化物和石墨材料导电性及储锂量差异，导致充电时两种材料的电位及极化程度存在差异，使得硅及硅氧化物颗粒的电位高，掺硅及硅氧化物附近的石墨电位最低，导致负极片中锂离子浓度分布不均，导致析锂。同时硅及硅氧化物在充放电过程中的体积膨胀使电极材料在循环过程中结构崩塌，颗粒分化，导致活性材料之间及活性材料与集流体之间丧失电子导电能力，加之硅负极本身导电性差等问题最终导致可逆容量损失，最终使得掺混后的负极片动力学性能降低从而导致锂离子电池快充能力的降低，影响其在大电流充放电下的充放电性能。

为了解决锂离子电池负极掺杂硅及硅氧化物后负极片动力学性能降低，从而导致在大倍率充放电过程中负极片表面析出锂和体积膨胀等问题。本发明提供一种快充型高比容量的负极片及包括该负极片的锂离子电池。所述负极片可以很好地解决在大倍率充放电过程中负极片表面析出锂和体积膨胀等问题。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种复合材料，所述复合材料包括硅氧化物、导电碳管和各向同性的石墨；其中，导电碳管在硅氧化物表面包覆形成第一包覆层，并形成导电碳管包覆的硅氧化物，记为硅氧化物@导电碳管；各向同性的石墨在硅氧化物@导电碳管表面包覆形成第二包覆层，并形成所述复合材料，记为各向同性的石墨包覆的硅氧化物@导电碳管；

所述各向同性的石墨的OI值为1.0-1.15。

根据本发明，所述硅氧化物呈颗粒状，其中值粒径D₅₀为10nm-9μm。

根据本发明，所述导电碳管的长度为20-100μm，直径为5-30nm。

根据本发明，所述各向同性的石墨呈颗粒状，其中值粒径D₅₀为200nm-700nm。