專利名稱：硅碳負(fù)極極片和鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到硅碳負(fù)極極片和鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有電壓高、無(wú)記憶效應(yīng)、能量密度高等特點(diǎn)，已經(jīng)在智能手機(jī)和筆記本電腦等便攜式電器上得到了廣泛應(yīng)用，隨著便攜式電器性能的不斷提升，其需要更多的能量和操作時(shí)間，并且希望降低鋰離子電池的體積和重量?，F(xiàn)有的鋰離子電池主要是采用石墨類材料作為負(fù)極活性材料，目前石墨的實(shí)際克容量已經(jīng)非常接近其理論容量372mAh/g，但是隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型負(fù)極材料，其體積能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了商業(yè)化的石墨材料。因此，我們可以通過(guò)材料新型負(fù)極材料來(lái)提高鋰離子電池的體積能量密度。 硅具有較高的理論克比容量(4200mAh/g)，其結(jié)構(gòu)在首次嵌鋰結(jié)束后就轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型態(tài)，并且在此后的循環(huán)過(guò)程中一直保持無(wú)定型態(tài)，硅在循環(huán)過(guò)程中不易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，具有較低的嵌鋰電位(〈O. 5V)，而且硅資源豐富，環(huán)境友好，是一種具有發(fā)展前景的新型負(fù)極材料。但是硅在嵌/脫鋰過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化(變化率超過(guò)300%)，正是由于巨大的體積變化，使得材料的結(jié)構(gòu)迅速坍塌、粉化及從集流體上脫落，電子不能迅速轉(zhuǎn)移導(dǎo)致材料電化學(xué)性能急劇下降。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的為提供一種避免硅碳材料在脫嵌鋰離子時(shí)脫落的硅碳負(fù)極極片及其制作方法、和使用該負(fù)極的鋰離子電池及其制作方法。本實(shí)用新型提出一種硅碳負(fù)極極片，包括集流體和活性層，還包括緩沖層，所述緩沖層位于所述集流體和活性層之間。優(yōu)選地，所述集流體為銅箔材料，所述緩沖層為石墨材料，所述活性層為硅碳材料。優(yōu)選地，所述緩沖層厚度大于20Mm。優(yōu)選地，所述緩沖層厚度為30Mm。優(yōu)選地,所述活性層厚度大于15Mm。優(yōu)選地,所述活性層厚度為20Mm。本實(shí)用新型還提出一種鋰離子電池，硅碳負(fù)極極片，所述硅碳負(fù)極極片具體包括集流體和活性層，還包括緩沖層，所述緩沖層位于所述集流體和活性層之間。本實(shí)用新型在集流體和活性層之間添加石墨緩沖層，當(dāng)硅碳活性層因嵌鋰體積膨脹時(shí)，吸收體積膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力；當(dāng)硅碳活性層因脫鋰體積縮小時(shí)，將吸收的應(yīng)力釋放出來(lái)，保證了硅碳活性層不會(huì)產(chǎn)生粉化和脫落；石墨緩沖層表面粗糙，能夠使硅碳活性層與緩沖層之間緊密粘結(jié)，保證了硅碳活性層在脫嵌鋰離子時(shí)不脫落；同時(shí)由于石墨的電子導(dǎo)電性比硅碳的電子導(dǎo)電性要高，從而使得極片在充放電過(guò)程中提高負(fù)極極片的導(dǎo)電率，降低負(fù)極極片的極化，有利于形成良好的SEI膜，有效改善電池的循環(huán)性能，提高了電池的體積能量密度，實(shí)現(xiàn)了硅碳負(fù)極的實(shí)用化。

圖I為本實(shí)用新型一實(shí)施例中硅碳負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中具有硅碳負(fù)極極片的鋰離子電池的循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果圖。本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖I所示，圖I為本實(shí)用新型一實(shí)施例中硅碳負(fù)極極片的結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例 提到的硅碳負(fù)極極片，包括集流體10和活性層20，還包括緩沖層30，緩沖層30位于集流體10和活性層20之間。其中，集流體10為銅箔材料，緩沖層30為石墨材料，活性層20為硅碳材料。緩沖層的厚度根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，考慮到電池用石墨的粒徑和涂覆精度，緩沖層厚度應(yīng)大于20Mffl，本實(shí)施例將緩沖層厚度設(shè)計(jì)為30Mffl?；钚詫雍穸瓤筛鶕?jù)鋰離子電池的實(shí)際容量要求進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，通?；钚詫雍穸却笥?5Mm，本實(shí)施例將活性層厚度設(shè)計(jì)為 20Mm。當(dāng)硅碳材料作為活性層20時(shí)，在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的體積變化，導(dǎo)致活性材料的粉化，甚至從集流體10上脫落。因此，本實(shí)施例在集流體10和活性層20之間添加緩沖層30，當(dāng)硅碳材料的活性層20在嵌鋰的時(shí)候，體積膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力被緩沖層30吸收；當(dāng)硅碳材料的活性層20在脫鋰的時(shí)候體積縮小，緩沖層30再將所吸收的應(yīng)力釋放出來(lái)，給硅碳材料施加一個(gè)力，從而保證了硅碳材料不會(huì)產(chǎn)生粉化和脫落。同時(shí)，由于緩沖層30是由石墨材料組成，其表面比較粗糙，能夠使得硅碳活性層20與緩沖層30之間緊密地粘結(jié)在一起，從而保證了硅碳材料在脫嵌鋰離子的時(shí)候不會(huì)脫落，實(shí)現(xiàn)了硅碳負(fù)極的實(shí)用化。此外，將石墨材料作為緩沖層30，一方面由于石墨材料在充放電的過(guò)程中體積變化小，通常為10%左右，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且其本身就是一種很好的離子和電子導(dǎo)體，經(jīng)常被用作高容量負(fù)極的基體材料，并且具有與硅相似的嵌鋰電位；另一方面，由于石墨也是現(xiàn)行主流的鋰離子電池負(fù)極材料，能夠進(jìn)行脫嵌鋰，不會(huì)降低鋰離子電池的體積能量密度，提高了電池的體積能量密度；同時(shí)由于石墨的電子導(dǎo)電性比硅碳的電子導(dǎo)電性要高，從而使得極片在充放電過(guò)程中提高負(fù)極極片的導(dǎo)電率，降低負(fù)極極片的極化，有利于形成良好的SEI膜。因此，石墨材料可以用來(lái)作為硅碳負(fù)極的基體材料，也可用作緩沖材料，用來(lái)改善硅碳負(fù)極材料在充放電循環(huán)過(guò)程中所產(chǎn)生的體積效應(yīng)，有效改善電池的循環(huán)性能。本實(shí)用新型還提出一種鋰離子電池，包括硅碳負(fù)極極片，該硅碳負(fù)極極片具體包括集流體10和活性層20，還包括緩沖層30，緩沖層30位于集流體10和活性層20之間。本實(shí)用新型鋰離子電池中的硅碳負(fù)極極片可包括前述圖I所示實(shí)施例中所有技術(shù)方案，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)及應(yīng)力吸收與釋放原理可參照前述實(shí)施例，在此不作贅述。由于采用前述硅碳負(fù)極極片的方案，本實(shí)用新型鋰離子電池對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池而言，電池容量保持率高，循環(huán)性能好。如圖2所示，圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中具有硅碳負(fù)極極片的鋰離子電池的循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果圖。本實(shí)施例對(duì)所得的電池進(jìn)行常溫循環(huán)測(cè)試，具體為常溫IC充放電循環(huán)測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果中可以看出，經(jīng)過(guò)500周循環(huán)，電池容量保持率為83%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。此夕卜，本實(shí)施例將具有硅碳負(fù)極極片的鋰離子電池制成LXWXT=61. 5X42.0X4.5 (mm)，經(jīng)測(cè)量，其容量為1850mAh，內(nèi)阻為45m Ω，電池的體積能
量密度得到明顯提高。以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在 其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種硅碳負(fù)極極片，包括集流體和活性層，其特征在于，還包括緩沖層，所述緩沖層位于所述集流體和活性層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅碳負(fù)極極片，其特征在于，所述集流體為銅箔材料，所述緩沖層為石墨材料，所述活性層為硅碳材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅碳負(fù)極極片，其特征在于，所述緩沖層厚度大于20Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅碳負(fù)極極片，其特征在于，所述緩沖層厚度為30Mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的硅碳負(fù)極極片，其特征在于，所述活性層厚度大于15ΜΠ1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的硅碳負(fù)極極片，其特征在于，所述活性層厚度為20Mm。
7.—種鋰離子電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至6任一項(xiàng)所述的硅碳負(fù)極極片。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種硅碳負(fù)極極片和鋰離子電池，所述硅碳負(fù)極極片，包括集流體和活性層，還包括緩沖層，緩沖層位于集流體和活性層之間。本實(shí)用新型在集流體和活性層之間添加石墨緩沖層，當(dāng)硅碳活性層膨脹時(shí)，吸收應(yīng)力；當(dāng)硅碳活性層縮小時(shí)，釋放應(yīng)力，保證了硅碳活性層不會(huì)產(chǎn)生粉化和脫落；石墨緩沖層表面粗糙，能夠使硅碳活性層與緩沖層之間緊密粘結(jié)，保證了硅碳活性層在脫嵌鋰離子時(shí)不脫落；石墨的電子導(dǎo)電性高，使得極片在充放電過(guò)程中提高負(fù)極極片的導(dǎo)電率，降低負(fù)極極片的極化，有利于形成良好的SEI膜，有效改善電池的循環(huán)性能，提高了電池的體積能量密度，實(shí)現(xiàn)了硅碳負(fù)極的實(shí)用化。
文檔編號(hào)H01M4/62GK202737032SQ201220313478
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者賴桂棠, 許晶, 王濤, 李科, 嚴(yán)磊, 陳興榮 申請(qǐng)人:深圳市海太陽(yáng)實(shí)業(yè)有限公司