[发明专利]一种定向排列的低膨胀负极活性材料及负极片

说明书

本发明公开一种定向排列的低膨胀负极活性材料，所述负极活性材料包括选自硅、硅和氧的化合物、元素M掺杂的硅和氧的化合物、以及它们组合中的至少一种的硅基材料；所述硅基材料为长条状，且呈定向排列。该硅基材料具有特定的长条状形态，在集流体上形成特定取向的排列方式，可有效控制其厚度方向的体积膨胀，同时该硅基材料由片状硅材料叠加形成，且片状材料之间存在一定的孔隙，可缓冲水平方向的体积膨胀，从而使得极片在充放电过程中的膨胀率在可控范围内，避免电池鼓胀、活性物质脱离等问题，延长电池使用寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种定向排列的低膨胀负极活性材料及负极片。

背景技术

近年来，随着电子设备的小型化、轻量化、便携化等发展需求，人们对电子设备电池的高能量密度话的要求越来越高。锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命、高安全性等特点而备受关注。研究表明，在锂电池体系中，硅负极材料可显著提升电池能量密度，但硅材料单位嵌锂量大，在充放电过程中体积膨胀显著，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。

发明内容

为解决硅材料的体积膨胀问题，本发明提供了一种具有定向排列方式的低膨胀负极活性材料及其负极片，用于锂离子二次电池时，可有效控制硅材料的体积膨胀，从而延长电池使用寿命。

在一个实施例中，本申请提供了一种定向排列的低膨胀负极活性材料，所述负极活性材料包括选自硅、硅和氧的化合物、元素M掺杂的硅和氧的化合物、以及它们组合中的至少一种的硅基材料；所述硅基材料为长条状，且呈定向排列。

在另一个实施例中，本发明提供了一种负极片，所述负极片包括上述负极活性材料以及集流体，所述负极活性材料以定向排列的方式承载在集流体上。

本申请的有益效果：

本申请提供的负极活性材料，以硅基材料作为主要活性物质，可确保电池的高比能量特性。该硅基材料具有特定的长条状形态，在集流体上形成特定取向的排列方式，可有效控制其厚度方向的体积膨胀，同时该硅基材料由片状硅材料叠加形成，且片状材料之间存在一定的孔隙，可缓冲水平方向的体积膨胀，从而使得极片在充放电过程中的膨胀率在可控范围内，避免电池鼓胀、活性物质脱离等问题，延长电池使用寿命。

本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述和显示，或是经由本申请实施例的实施而阐释。

附图说明

图1 为本申请一实施例的负极极片截面结构示意图；

图2为本申请实施例1所制得的负极材料的SEM图；

图3为本申请实施例1所制得的负极材料解理后的SEM图。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描述在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

本实施例提供了一种定向排列的低膨胀负极活性材料，所述负极活性材料包括选自硅（如金属Si，非金属Si）、硅和氧的化合物（如SiO_x，其中0＜x＜2 ）、金属元素M掺杂的硅和氧的化合物、以及它们组合中的至少一种的硅基材料；所述硅基材料为长条状，具体的可以是棒状、针状、条状、纤维状、柱状中的至少一种，所述硅基材料沿一定方向定向排列。

在一些实施例中，所述硅基材料的长l与直径d的比值，即长径比，满足关系：2≤l/d≤20，优选地为5≤l/d≤15，具体的可以是：l/d=5，l/d=6，l/d=7， l/d=8，l/d=9， l/d=10，将长径比控制在此范围内，硅基材料的体积膨胀效应最小，电池性能最佳。

尽管长条状的硅基材料的长度l和直径d没有特别限定，但为防止在充电过程中硅基材料体积膨胀过大导致活性物质脱离以及硅基材料比表面积过大与电解接触副反应严重导致容量降低，硅基材料的长度l优选为5~50μm，更优选地为10~20μm，硅基材料的直径d优选为2~10μm，更优选地为4~6μm。