[发明专利]一种负极极片及包括它的锂离子电池

说明书

公开一种负极极片及包含它的锂离子电池，所述负极极片包括：负极集流体；及依次设置于负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层、第二活性物质层和第三活性物质层，其中各活性物质层的活性物质均为石墨材料和含硅材料的混合物，且第一活性物质层中的含硅材料的质量占比小于第二活性物质层中的，第二活性物质层中的含硅材料的质量占比大于第三活性物质层中的。这种多活性物质层结构的负极极片，因表层含硅量低可防止负极充电断裂；因中间层含硅量高可显著提高能量密度改善快充性能，因底层含硅量低可避免与负极集流体剥离和极耳处涂层开裂，从而整体上提高电池能量密度和循环性能，延长了使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，本发明涉及一种负极极片、特别是具有多个包含含硅材料的活性物质层的负极极片以及包括该极片的锂离子电池。

背景技术

为了提高能量密度、节约生产成本、提高加工效率，越来越多的锂离子二次电池倾向于采用高面密度极片设计。然而，为了实现高面密度，极片厚度增加，导致锂离子在极片中传输路径增长，极片内层锂离子浓度下降，锂离子嵌入速度降低，电池动力学性能劣化，最终造成电池高倍率性能下降。特别是，随着面密度的增加，电池快充能力明显下降，这是由于按照常规均匀涂布方案，高面密度厚极片的内层与表层容量一致，而内层锂离子传输路径较长，无法得到快速补充，限制了电池的高倍率性能。

另一方面，为了进一步提高锂离子二次电池负极的克容量，通常在负极中引入硅氧(SiO_x)、硅(Si)等含硅材料。然而，当负极极片添加较高比例的含硅材料(例如15wt％以上)，在电池充电嵌锂过程中，硅材料发生膨胀一方面导致在负极涂层厚度方向上产生较大形变(或称为反弹)，在有限的电池壳体空间内产生压力，甚至导致壳体变形，而且在循环后期，这种形变现象更加明显；另一方面，导致在负极涂层水平方向上同样产生形变，造成极片断裂、涂层与集流体剥离。

因而，仍需对含硅负极极片，特别是高面密度含硅负极极片进行改进，在实现极片高面密度和能量密度的同时，保持快充性能，并避免因活性物质层膨胀而导致负极极片断裂，进而提高电池的循环性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明人进行了大量的试验，发现通过在负极集流体上依次形成不同含硅材料质量占比不同的活性物质层，可以有效地解决上述问题。

因此，一方面，本发明提供一种负极极片，包括：

负极集流体；

设置于负极集流体的至少一个表面上的第一活性物质层；

设置于所述第一活性物质层表面上的第二活性物质层；及

设置于所述第二活性物质层表面上的第三活性物质层，

其中，所述第一活性物质层、第二活性物质层和第三活性物质层的活性物质各自均为石墨材料和含硅材料的混合物，且所述第一活性物质层中含硅材料的质量占比小于所述第二活性物质层中含硅材料的质量占比，所述第二活性物质层中含硅材料的质量占比大于所述第三活性物质层中含硅材料的质量占比。

另一方面，本发明还提供一种包括前述负极极片的锂离子电池。

在本发明中，通过调控负极的多层活性物质层中硅材料的含量，可以实现在不降低负极极片面密度的情况下，保持电池的快充性能，而且成本较低、易于实现。

再有，根据本发明，通过改变负极活性物质在负极法向上的分布，不仅可以提升快充能力、兼容现有制造体系，而且这种高比容量活性物质含量分布方式也适用于未来更优性能的活性物质。

此外，根据本发明的具有多层结构含硅负极极片，因表层含硅量低可防止极片断裂；因中间层含硅量高可提升能量密度，增强快充性能；因底层含硅量低，可避免活性物质层与负极集流体剥离，避免极耳处涂层开裂，因而可进一步提高电池循环性能，延长使用寿命。

附图说明