一种锂离子电池的制作方法

本发明属于电池，具体涉及一种锂离子电池，特别是一种充放电效率高和循环稳定性好的锂离子电池。

背景技术：

1、随着当前科学技术的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。由于锂离子电池具有高能量密度、长寿命、轻便等优点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、移动电源等多个领域。

2、为了进一步提高锂离子电池的能量密度，硅基负极材料成为一种符合高能量密度要求的负极材料。然而，硅材料在脱嵌锂过程中反复膨胀收缩，由于体积变化引起的应力集中，会导致硅基负极材料的破裂和脱落，造成电池容量的快速衰减。通过在硅基负极表面涂覆保护层的方式可以有效缓解硅材料的膨胀开裂问题，增强硅颗粒在石墨表面的附着力，解决硅基负极材料的粉化问题；但是，保护层的引入增加了硅基负极材料的电阻，降低了电解液在电极的润湿性，不利于锂离子在负极扩散。

技术实现思路

1、为了改善电池在循环过程由于硅基负极材料体积膨胀引发的负极材料粉化、硅基负极材料表面涂层开裂、电解液在电极中浸润性差、不利于锂离子在负极扩散等导致的锂离子电池的循环稳定性下降等问题，本发明提供一种锂离子电池。通过利用含两个氮原子的双环烃类化合物包覆的硅基负极材料，并配合具有凹孔和/或凹槽的极片，提高了锂离子电池的动力学，减缓了电池循环时硅基负极材料的体积膨胀，有效提升锂离子电池充放电效率和循环稳定性。

2、本发明目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电解液、极片和隔膜；

4、所述极片包括正极和负极，所述负极包括负极活性物质，所述负极活性物质包括硅基负极材料和碳基负极材料，所述硅基负极材料表面包覆含两个氮原子的双环烃类化合物；

5、所述极片为带有凹孔和/或凹槽的极片；

6、所述锂离子电池满足：0.2≤k×1000/(s×j)≤0.8；

7、其中，k为含两个氮原子的双环烃类化合物的质量占硅基负极材料总质量的百分比；s为凹孔和/或凹槽的深度，单位为μm；j为凹孔的直径和/或凹槽的宽度，单位为μm。

8、本发明的有益效果：

9、本发明提供了一种锂离子电池。本发明通过选择特定的含两个氮原子的双环烃类化合物对硅基负极材料进行包覆，并选择具有凹槽和/或凹孔的极片，通过二者的组合使用，可以明显改善锂离子电池循环过程中出现的充放电效率低，循环稳定性下降等问题，进一步地还可以避免负极片析锂问题，提高电池安全性。

10、具体地，本发明的极片表面具备特定数量的凹槽和/或凹孔结构，有利于抑制锂离子嵌入/脱出过程中电极的膨胀，缓解电解液与电极反复暴露的表面接触而转化为过量的钝化膜。本发明的硅基负极材料表面的含两个氮原子的双环烃类化合物有利于抑制锂离子嵌入/脱出过程中硅的膨胀，缓解应力变化导致的结构破坏、活性物质脱落。当含两个氮原子的双环烃类化合物与具有凹孔和/或凹槽的极片组合使用且满足0.2≤k×1000/(s×j)≤0.8时，有利于减小电解液对电极的表面张力，提高电解液对硅基负极材料的浸润性，进而缓解负极析锂等问题，可以提高锂离子电池的充放电效率、循环稳定性和电池的安全性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电解液、极片和隔膜；

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述含两个氮原子的双环烃类化合物包括如下式i所示化合物、式ii所示化合物、式iii所示化合物和式iv所示化合物中的至少一种：

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其中，所述含两个氮原子的双环烃类化合物在硅基负极材料表面形成的包覆层的厚度c满足：10nm≤c≤200nm；

4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池，其中，所述硅基负极材料的质量占负极活性物质总质量的2wt％-10wt％；

5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池，其中，所述凹孔和/或凹槽的深度s满足：15μm≤s≤35μm；

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中，所述极片满足：5≤z/s≤10；

7.根据权利要求1-6任一项所述的锂离子电池，其中，所述电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂选自环状碳酸酯类添加剂、环状磺酸内酯类添加剂、锂盐添加剂中的至少一种；

8.根据权利要求1-7任一项所述的锂离子电池，其中，所述电解液中还包括第二添加剂，所述第二添加剂选自含硅基磷酸酯类化合物。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其中，所述含硅基磷酸酯类化合物具有式1、式2所示结构中的至少一种：

10.根据权利要求8或9所述的锂离子电池，其中，所述锂离子电池满足：0.3≤d×1000/(j×s)≤1.25；

技术总结
本发明提供了一种锂离子电池。本发明通过选择特定的含两个氮原子的双环烃类化合物对硅基负极材料进行包覆，并选择具有凹槽和/或凹孔的极片，有利于抑制锂离子嵌入/脱出过程中电极的膨胀，缓解电解液与电极反复暴露的表面接触而转化为过量的钝化膜。当含两个氮原子的双环烃类化合物与具有凹孔和/或凹槽的极片组合使用且满足0.2≤K×1000/(S×J)≤0.8时，有利于减小电解液对电极的表面张力，提高电解液对硅基负极材料的浸润性，进而缓解负极析锂等问题，可以提高锂离子电池的充放电效率、循环稳定性和电池的安全性能。

技术研发人员：母英迪,王海,李素丽
受保护的技术使用者：珠海冠宇电池股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17