一种含硅负极片及锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，涉及一种含硅负极片及锂离子电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车续航里程的需求持续增长，对于高能量密度的电池的开发需求越来越紧迫。由于正极材料对于电池安全性能影响较大，因此为了提升电池的能量密度，可以利用负极材料来实现。

2、石墨的实际比容量已接近360mah/g，几乎已达到其理论值372mah/g，提升空间较小。而作为替代商业化石墨负极的硅材料比容量高达4200mah/g，是目前负极新材料的开发重点。然而，硅负极在嵌锂/脱锂过程中体积变化率高达280％-400％，会导致电极材料粉化脱落，循环性能迅速衰减。为了解决上述问题，目前的实用方案一般是负极掺混部分硅材料使用，这样既能够提高负极比容量，又能够将膨胀控制在合理范围内，避免显著恶化循环性能。

3、但是实际使用中发现，由于电池壳体的棱边处强度较大，无法外凸膨胀，也就是说，无法通过变形来将降低极片的边缘受到的膨胀力，因此对于随着电池循环后膨胀的极片来说，极片的边缘受到的压力过大，电解液缺失，进而导致极片的边缘出现析锂，造成循环恶化和安全风险。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种含硅负极片及锂离子电池，所述含硅负极片的边缘相对主体区域具有更低的膨胀，避免受到压力过大导致的循环恶化和析锂等安全风险。

2、本发明提供一种含硅负极片，包括负极集流体，所述负极集流体的至少一侧均设有负极活性涂层，所述负极活性涂层包括厚度相等的第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层；第二负极活性涂层、第一负极活性涂层和第三负极活性涂层沿负极集流体宽度方向依次连接；第一负极活性涂层包括第一硅碳混合物，第二负极活性涂层和第三负极活性涂层均包括第二硅碳混合物，第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层满足以下条件：

3、0.2＜p2，3/p1×oi2，3/oi1×(d2，3/d1)2＜0.95；

4、其中，p1为第一硅碳混合物中碳材料的石墨化度，p2，3为第二硅碳混合物中碳材料的石墨化度；oi1为第一硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数，oi2，3为第二硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数；d1为第一硅碳混合物中硅材料的d50粒径值，d2，3为第二硅碳混合物中硅材料的d50粒径值。

5、一些实施例中，第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层满足：

6、0.3＜p2，3/p1×oi2，3/oi1×(d2，3/d1)2＜0.7。

7、一些实施例中，第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层的厚度均为100μm～180μm，优选均为120μm～160μm。

8、一些实施例中，第二负极活性涂层和第三负极活性涂层的宽度均为3～50mm，优选均为5～20mm。

9、一些实施例中，所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，碳材料和硅材料的质量比例均为70～97∶3～30，优选均为80～95∶5～20。

10、一些实施例中，所述第二硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数小于所述第一硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数。

11、一些实施例中，所述第一硅碳混合物中硅材料的d50为60-150nm，所述第二硅碳混合物中硅材料的d50为10-50nm。

12、一些实施例中，所述第二硅碳混合物中碳材料的石墨化度小于所述第一硅碳混合物中碳材料的石墨化度。

13、一些实施例中，所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，碳材料为软碳、硬碳、人造石墨和天然石墨中的一种或多种；所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，硅材料为氧化亚硅材料。

14、本发明提供一种锂离子电池，包括负极片、正极片和隔膜，其中，所述负极片为前文所述的含硅负极片。

15、与现有技术相比，本发明的负极集流体至少一侧表面设置有负极活性涂层，负极活性涂层包括厚度相等的第一负极活性涂层、第二负极活性涂层、第三负极活性涂层，第一负极活性涂层位于第二负极活性涂层和第三负极活性涂层之间，第一负极活性涂层、第二负极活性涂层、第三负极活性涂层满足：0.2＜p2，3/p1×oi2，3/oi1×(d2，3/d1)2＜0.9。本发明提出通过调整碳材料的石墨化度、石墨层状结构取向指数以及硅材料的d50，对第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层进行差异设置，也就是说，对负极极片不同区域的膨胀率进行差异设置，通过降低负极极片的边缘区域的膨胀率来克服现有电池壳体棱边处不易变形而导致的影响。因此，本发明所述含硅负极片用于锂离子电池中，提高了循环保持率并且改善了边缘析锂问题，从而大大提高电芯的安全性。

技术特征：

1.一种含硅负极片，包括负极集流体(4)，其特征在于，所述负极集流体的至少一侧均设有负极活性涂层，所述负极活性涂层包括厚度相等的第一负极活性涂层(1)、第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)；第二负极活性涂层(2)、第一负极活性涂层(1)和第三负极活性涂层(3)沿负极集流体宽度方向依次连接；第一负极活性涂层(1)包括第一硅碳混合物，第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)均包括第二硅碳混合物，第一负极活性涂层(1)、第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)满足以下条件：

2.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，第一负极活性涂层(1)、第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)满足：

3.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，第一负极活性涂层(1)、第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)的厚度均为100μm～180μm，优选均为120μm～160μm。

4.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，第二负极活性涂层(2)和第三负极活性涂层(3)的宽度均为3～50mm，优选均为5～20mm。

5.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，碳材料和硅材料的质量比例均为70～97∶3～30，优选均为80～95∶5～20。

6.根据权利要求1-5任一项所述的含硅负极片，其特征在于，所述第二硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数小于所述第一硅碳混合物中碳材料的石墨层状结构取向指数。

7.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，所述第一硅碳混合物中硅材料的d50为60-150nm，所述第二硅碳混合物中硅材料的d50为10-50nm。

8.根据权利要求1所述的含硅负极片，其特征在于，所述第二硅碳混合物中碳材料的石墨化度小于所述第一硅碳混合物中碳材料的石墨化度。

9.根据权利要求1-5任一项所述的含硅负极片，其特征在于，所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，碳材料为软碳、硬碳、人造石墨和天然石墨中的一种或多种；所述第一硅碳混合和第二硅碳混合物中，硅材料为氧化亚硅材料。

10.一种锂离子电池，包括负极片、正极片和隔膜，其特征在于，所述负极片为权利要求1-9任一项所述的含硅负极片。

技术总结
本发明公开了一种含硅负极片及锂离子电池，含硅负极片包括负极集流体，其至少一侧均设有负极活性涂层，所述负极活性涂层包括厚度相等的第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层；第二负极活性涂层、第一负极活性涂层和第三负极活性涂层沿负极集流体宽度方向依次连接；第一负极活性涂层包括第一硅碳混合物，第二负极活性涂层和第三负极活性涂层均包括第二硅碳混合物，第一负极活性涂层、第二负极活性涂层和第三负极活性涂层满足：0.2＜P<subgt;2,3</subgt;/P<subgt;1</subgt;×OI<subgt;2,3</subgt;/OI<subgt;1</subgt;×(D<subgt;2,3</subgt;/D<subgt;1</subgt;)<supgt;2</supgt;＜0.95。本发明所述含硅负极片用于锂离子电池中，提高了循环保持率并且改善了边缘析锂问题，从而大大提高电芯的安全性。

技术研发人员：於洪将,张正淳
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17