【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池制造，具体涉及一种长循环富硅体系负电极，还涉及该长循环富硅体系负电极在锂离子电池中的应用。
技术介绍
1、锂离子电池的能量密度一直是新能源汽车行业的痛点之一。锂离子电池的负极材料目前主要为改性天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但其理论比容量只有372mah/g，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。
2、硅负极具有很高的理论比容量(4200mah/g)和较低的电化学嵌锂电位(约0.4vvs.li/li+)，是公认的下一代锂离子电池负极材料。然而硅负极巨大的体积效应(约300％)以及由此引发的电极粉化和不稳定的sei阻碍了其商业化进程。
3、目前硅负极的实用化主要有三种策略，即碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳和无定形硅合金。本专利技术致力于阐明一种富硅体系负电极的制备方法，有效抑制硅负极的膨胀，提升电子迁移速率，提高负电极的能量密度和循环性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术有必要提供一种长循环富硅体系负电极，在负极集流体表面涂覆形成多涂层，通过设计不同负极活性材料的分配比例，以及各涂层的面密度比例，提升长循环性能。同时配合高能量密度的富硅体系浆料形成涂层，抑制硅负极的膨胀，提升电子迁移速率，提高负电极的能量密度和循环性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术第一个方面提供了一种长循环富硅体系负电极，其包括负极集流体，所述负极集流体的表面形成有活性材料复合涂层，所述活性材
4、其中，第一、二、三电极涂层中的负极活性材料为硅化合物，或者其与石墨的混合物，且所述第一电极涂层与第二、三电极涂层不同时为相同的负极活性材料。
5、本专利技术通过设计不同负极活性材料的分配比例，以及各涂层的面密度比例，提升长循环性能。同时配合高能量密度的富硅体系浆料形成涂层，抑制硅负极的膨胀，提升电子迁移速率，提高负电极的能量密度和循环性能。
6、本文中所述的硅化合物为本领域中常规的用于硅负极的含硅化合物，在本专利技术的一些具体的实施方式中，硅化合物为siox(0＜x＜2)、sic中的至少一种。
7、其中，所述第一电极涂层与第二、三电极涂层不同时为相同的负极活性材料是指负极活性材料的组成和/或配比不同。并且可以第一电极涂层、第二电极涂层、第三电极涂层彼此均不相同，也可以第二电极涂层和第三电极涂层相同，且与第一电极涂层不同。
8、进一步方案，在所述活性材料复合涂层的边缘还形成有第四电极涂层，所述第四电极涂层为含有绝缘材料的绝缘涂层。通过在负极集流体边缘形成绝缘的第四电极涂层，以可满足大倍率、长循环下的极片安全需求。
9、进一步方案，所述绝缘材料可以为本领域中常规的绝缘材料，具体可提及的实例包括但不限于pi胶、勃姆石或氧化铝。
10、进一步方案，第四电极涂层形成于负极集流体的边缘，其涂覆的厚度、宽度等可根据实际需要进行调整，以形成边缘为主。在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述第四电极涂层的涂覆厚度为0-1mm；和/或，涂覆宽度为1-10mm；和/或，涂覆位置距离所述活性材料复合涂层的涂覆边缘为-1mm-2mm。
11、本专利技术中的负电极能够实现低面密度条件下能量密度的提升，所述负电极的极片面密度≤160g/m2；在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述负电极的极片面密度≤120g/m2。
12、进一步方案，所述第一电极涂层的浆料固含量为25％-35％；
13、所述第二电极涂层、第三电极涂层的浆料固含量分别为15％-35％。
14、进一步方案，所述第一、二、三电极涂层的浆料中的原料重量份配比为负极活性材料：粘结剂：导电剂＝(80-94)：(5-15)：(0.5-5)；
15、在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述负极活性材料中，硅化合物与石墨的质量比为(2-3)：(0-1)；
16、在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述粘结剂为paa、cmc和sbr的混合，其中，cmc的用量可以为0；
17、进一步方案，所述粘结剂中各组分的质量比为paa：(cmc+sbr)＝(0.5-10)：1。
18、在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述导电剂为碳纳米管和superp的混合；
19、进一步方案，所述导电剂中各组分的质量比为碳纳米管：superp＝(0.5-5)：1。
20、进一步方案，所述负极活性材料中，硅化合物或石墨的粒径为0.1-10μm。
21、进一步方案，所述第一电极涂层、第二电极涂层和第三电极涂层的面密度之比为(20-30)：(15-30)：(10-30)。
22、进一步方案，本专利技术中的负极集流体没有特别的限定，采用本领域中常规选择即可，在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述负极集流体为4～9μm铜箔，或8～15μm铝箔，或4～15μm复合集流体。
23、此外，需要说明的，本专利技术中各电极涂层的涂覆可采用本领域中常规的涂覆工艺，在此不再一一赘述。
24、本专利技术第二个方面提供了一种锂离子电池，含有负极极片，所述负极极片为本专利技术第一个方面所述的长循环富硅体系负电极。
25、本专利技术的有益效果：
26、本专利技术的负电极具有多层电极涂层，通过设计各电极涂层中负极活性材料的分配比例以及各电极涂层的面密度比例，提高负电极的能量密度和循环性能，具体的说：
27、(1)优选富硅体系材料制备负电极极片，实现低面密度条件下≤120g/m2的电极极片的能量密度提升；(2)不同电极涂层的涂覆及不同面密度比例配比，使电极片具有更小的体积膨胀率和更好的循环稳定性；(3)设计各电极涂层中负极活性材料的分配比例以及各电极涂层的面密度比例，降低下层活性物质膨胀，减缓活性物质与集流体的剥落速度，提升电池长循环性能；(4)考虑硅和石墨电势差异，通过单层负极材料中siox：(siox+c)配比变化，降低极片电阻，提升电极整体电导率从而提升电池长循环性能。
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1.一种长循环富硅体系负电极，其特征在于，其包括负极集流体，所述负极集流体的表面形成有活性材料复合涂层，所述活性材料复合涂层由内至外依次为第一、二、三电极涂层；
2.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，在所述活性材料复合涂层的边缘还形成有第四电极涂层，所述第四电极涂层为含有绝缘材料的绝缘涂层；
3.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述硅化合物为SiOx、SiC中的至少一种。
4.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述负电极的极片面密度≤160g/m2；
5.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述第一电极涂层的浆料固含量为25％-35％；
6.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述第一、二、三电极涂层的浆料中的原料重量份配比为负极活性材料：粘结剂：导电剂＝(80-94)：(5-15)：(0.5-5)；
7.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述负极活性材料中，硅化合物或石墨的粒径为0.1-10μm。>
8.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述第一电极涂层、第二电极涂层和第三电极涂层的面密度之比为(20-30)：(15-30)：(10-30)。
9.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述负极集流体为4～9μm铜箔，或8～15μm铝箔，或4～15μm复合集流体。
10.一种锂离子电池，其特征在于，含有负极极片，所述负极极片为权利要求1-9任一项所述的长循环富硅体系负电极。
...【技术特征摘要】
1.一种长循环富硅体系负电极，其特征在于，其包括负极集流体，所述负极集流体的表面形成有活性材料复合涂层，所述活性材料复合涂层由内至外依次为第一、二、三电极涂层；
2.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，在所述活性材料复合涂层的边缘还形成有第四电极涂层，所述第四电极涂层为含有绝缘材料的绝缘涂层；
3.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述硅化合物为siox、sic中的至少一种。
4.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述负电极的极片面密度≤160g/m2；
5.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极，其特征在于，所述第一电极涂层的浆料固含量为25％-35％；
6.如权利要求1所述的长循环富硅体系负电极...
【专利技术属性】
技术研发人员：游帅帅，范立峰，王光俊，王瑞，林键，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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