[发明专利]含硅负极片和高能量密度电池

说明书

本发明提供了一种含硅负极片，包括集流体，涂敷于所述集流体表面的第一涂层，涂敷于所述第一涂层表面的第二涂层，涂敷于所述第二涂层表面的第三涂层；所述第一涂层、第二涂层和第三涂层中均包括含硅活性物质、导电剂和粘结剂，所述含硅活性物质为硅基材料和石墨的混合物，所述第二涂层中的硅基材料的质量同时大于第一涂层中的硅基材料的质量和第三涂层中的硅基材料的质量。本申请还提供了一种高能量密度电池。由于含硅负极片涂层的设置，在充电过程中涂层不易从集流体上脱落，电极表面结构完整，有效减少了电极界面与电解液副反应的发生，使得电池具备较高的能量密度和优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及含硅负极片和高能量密度电池。

背景技术

近年来，为了适应新能源汽车以及智能电网等快速发展的需求，开发出高能量密度、高安全性和长循环寿命的锂离子电池成为当今储能领域的研究热点。电池能量密度的提升主要依靠关键电极材料的发展，如正负极材料容量的提升和负极材料比容量的提升都对电池能量密度的提高有较为显著的作用。硅材料具备较高的理论比容量(＞4000mAh/g)，远高(约10倍)于已接近极限容量的石墨，且对锂电压不高，有望成为高能量密度电池的首选。

目前制约硅材料大规模应用的主要原因是在充放电过程中硅会发生巨大的体积膨胀，导致在循环过程中电极材料粉化、表面开裂、活性物质与集流体之间失去电接触，从而引起容量快速衰减。受限于此，硅在锂电池负极中的添加量很低，行业内当前高能量密度动力电池所使用的含硅负极的容量仅为400～450mAh/g。因此，提供一种高容量含硅负极对于锂离子电池具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种含硅负极片，以解决电池在充放电过程中负极体积膨胀大涂层脱落、循环寿命差的问题，保证电池的能量密度高且循环寿命优异。

本申请提供了一种含硅负极片，其包括集流体和依次叠加于所述集流体表面的第一涂层、第二涂层和第三涂层，其中第二涂层中含有最多的硅基材料，且位于第一涂层和第三涂层之间，不直接与集流体接触，也不会裸露于电极表面，在充放电过程中只在中间层膨胀，极片不会从集流体脱落，表面亦不易开裂掉粉与电解液发生副反应，从而能够保证优异的循环性能。进一步的，与集流体接触的第一涂层中硅含量最少，电池在充放电过程体积变化最小，活性物质不易与集流体分离，可以显著改善活性物质脱落的问题。因此，本申请提供的含硅负极片可以使用较高比例的硅基材料，以保证负极具备较高的容量，同时降低硅负极片的膨胀，避免活性物质从集流体脱落，从而更高的提升电池的能量密度。

附图说明

图1为本发明提供的含硅负极片的结构示意图；

图2为本发明实施例和对比例制备的锂离子电池100圈循环拆解满电状态负极片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于硅材料在电池充放电过程中产生体积膨胀，易脱落进而降低硅含量，最终影响电池容量的问题，本申请提供了一种含硅负极片，该含硅负极片由于设置了三层涂层，且第二涂层中硅基材料含量最高，由此解决了电池在充放电过程中负极体积膨胀大、涂层脱落、循环寿命差的问题，使得到的电池能量密度高且循环寿命优异。具体的，图1为本发明提供的含硅负极片的结构示意图，所述含硅负极片包括集流体A0，涂布于集流体A0上的第一涂层T1，涂布于第一涂层T1表面的第二涂层T2，涂布于第二涂层T2表面的第三涂层T3。更具体地，本发明实施例公开了一种含硅负极片，包括集流体，涂敷于所述集流体表面的第一涂层，涂敷于所述第一涂层表面的第二涂层，涂敷于所述第二涂层表面的第三涂层；

所述第一涂层、第二涂层和第三涂层中均包括含硅活性物质、导电剂和粘结剂，所述含硅活性物质为硅基材料和石墨的混合物，所述第二涂层中的硅基材料的质量同时大于第一涂层中的硅基材料的质量和第三涂层中的硅基材料的质量。