[发明专利]一种多孔负极片及含有该多孔负极片的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种多孔负极片及含有该多孔负极片的锂离子电池，其制备方法为将活性物质、改性粘结剂、导电剂、增稠剂按照一定的配比匀浆形成负极浆料，其中活性物质中含有碳材料和硅材料；改性粘结剂为通过至少两种不同类型的常规线性粘结剂互相之间进行反应形成支链聚合物粘结剂；将负极浆料按电池负极片制备方法制成负极片；该负极片上均匀分布有孔洞，孔洞为通孔或盲孔；按电池制备方法制成锂离子电池。采用该多孔负极片制备的锂离子电池能够提升电池的能量密度且能改善倍率放电、低温充电及循环寿命等性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种多孔负极片及含有该多孔负极片的锂离子电池。

背景技术

随着时代的发展和社会的进步，清洁可再生能源的研究和应用得以迅速发展。锂离子电池因其具有高比能量、高比功率、循环寿命长、环境友好等诸多优势，在航空航天、电动汽车、手机、笔记本、移动电源领域得以广泛应用。然而产品的不断升级换代，对锂离子电池的能量密度、充放电倍率及循环寿命提出了更高要求。以上几方面的性能很难兼得，能量密度意味着在有限的电池体积内，发挥出更高的容量。一般对负极而言，两种途径可达目的，一方面，提高负极材料克容量发挥；另一方面提高负极材料压实。传统石墨负极克容量发挥已无限接近于其理论值372mAh/g，提升空间有限。硅负极的理论克容量发挥约4200mAh/g，约是石墨负极的10倍，被认为是最有前途的替代品，能实现更高的能量密度。然而硅材料在充放电中过程中会产生近300％体积膨胀，严重缩短其循环寿命，使得硅材料的研究和应用受到极大挑战。提高负极压实来提升能量密度的方法也受到诸多限制，主要是由于辊压过程中往往会造成极片孔隙率的大幅度降低。高压实使得极片表面的压缩量过大，孔隙分布不均，也多会形成闭孔。这将严重影响极片的储液量，同时电解液很难进入到极片内部去，影响极片浸润效果，进而锂离子的传输动力学降低，最终影响电池的倍率充放电和长循环寿命性能。

针对以上的技术难题，研究人员不断付出努力以改进。对于硅材料的体积膨胀，重心多放在硅材料本身的改进和优化，例如硅材料纳米化，形貌化。但该技术路线工艺复杂，成本高。而对于高压实下，提升极片孔隙率的方法也受到关注。现有技术中有提出制作多孔极片的技术，通常有添加造孔剂(模板法包括液体模板和固态模板)及利用机械设备物理打孔两种主要方法。前者主要是添加易于汽化和升华分解的组分于负极浆料中，在一定温度下，模板经汽化或升华过程被去除。但此方法采用的造孔剂均是体系外的额外组分，一旦分解不完全，留于体系中，将对最终电池的性能和安全产生不良影响；另外在极片表面利用设备打孔的方法，一方面需要购买高精密仪器，不经济又耗能，造成生产工艺成本高，另一方面，物理打孔法会破坏极片的活物质组分，严重时也会出现活性物质脱落掉粉现象，从而影响电池的容量和能量密度。

鉴于此，本领域急需开发一种工艺相对简单，孔径和孔隙率可调的、对极片活物质组分几乎无影响的多孔负极极片的制备方法和包括该负极片的锂离子电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种不引入模板且不借助设备制备孔径和孔隙率可调的多孔负极极片，采用该多孔负极片制备的锂离子电池能够提升电池的能量密度且能改善倍率放电、低温充电及循环寿命等性能。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种多孔负极片，其制备方法为将活性物质、改性粘结剂、导电剂、增稠剂按照一定的配比匀浆形成负极浆料，其中活性物质中含有碳材料和硅材料；改性粘结剂为通过至少两种不同类型的常规线性粘结剂互相之间进行反应形成支链聚合物粘结剂；将负极浆料按电池负极片制备方法制成负极片；该负极片上均匀分布有孔洞，孔洞为通孔或盲孔，孔洞的孔隙率为20-30％，孔洞的大小为15-20um。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，负极浆料中含有质量分数为91-98％的活性物质、0.5-5％的改性粘结剂；活性物质中按质量计，硅材料：改性粘结剂的配比为1-6：1，优选的配比为2-3.5：1。