CN113745467B - 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置 - Google Patents

一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113745467B
CN113745467B CN202111051207.8A CN202111051207A CN113745467B CN 113745467 B CN113745467 B CN 113745467B CN 202111051207 A CN202111051207 A CN 202111051207A CN 113745467 B CN113745467 B CN 113745467B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active layer
lithium ion
ion battery
negative electrode
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111051207.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113745467A (zh
Inventor
彭冲
陈博
李俊义
韦世超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd filed Critical Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority to CN202310984066.8A priority Critical patent/CN116885105A/zh
Priority to CN202111051207.8A priority patent/CN113745467B/zh
Publication of CN113745467A publication Critical patent/CN113745467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113745467B publication Critical patent/CN113745467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明提供一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置。本发明第一方面提供一种硅负极体系的锂离子电池，包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的第一负极活性层，第一负极活性层包括碳材料和硅材料；在第一负极活性层厚度方向上，硅材料以N个线性排列分布于第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5‑5.5个；当锂离子电池在45℃恒温条件下，以0.7C恒流放电，1.5C恒流恒压充电，截止电流0.05C，循环600T后，硅材料表面的反应层的厚度小于等于600nm，硅材料与硅材料周围材料之间的间隙小于等于900nm。本发明提供的锂离子电池具有较为优异的循环性能。

Description

一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置
技术领域
本发明涉及一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置，涉及二次电池技术领域。
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度、长循环寿命、绿色环保等优势，已广泛应用于3C消费产品(手机笔电、智能穿戴)、电动工具和电动汽车等行业。但随着人们对锂离子电池续航里程、安全性要求的不断提高，开发具有高能量密度的锂离子电池已成为研究人员关注的焦点。
负极是决定锂离子电池性能的关键因素之一，然而常规的负极活性材料，例如石墨的克容量有限，严重限制了锂离子电池能量密度的提升，而硅材料作为新兴的负极活性材料，具有更高的克容量，能够显著提高锂离子电池的能量密度。
然而，硅材料在循环过程中存在严重的膨胀问题，影响锂离子电池的循环性能。因此，如何提高锂离子电池的循环性能受到了越来越多的关注。
发明内容
本发明提供一种硅负极体系的锂离子电池，通过控制硅材料的颗粒数、循环后硅材料表面的反应层厚度和间隙在预定范围内，使锂离子电池具有较低的SEI阻抗RSEI及电荷转移电阻Rct，提高了锂离子电池的容量保持率，使锂离子电池具有较为优异的循环性能。
本发明第一方面提供一种硅负极体系的锂离子电池，所述锂离子电池包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一个功能表面的第一负极活性层，所述第一负极活性层包括碳材料和硅材料；
在所述第一负极活性层厚度方向上，所述硅材料以N个线性排列分布于所述第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5-5.5个；
当所述锂离子电池在45℃恒温条件下，以0.7C恒流放电，1.5C恒流恒压充电，截止电流0.05C，循环600T后，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于600nm，所述硅材料与所述硅材料周围材料之间的间隙小于等于900nm。
本发明提供了一种锂离子电池，其包括负极片，负极片包括负极集流体和设置在负极集流体至少一个功能表面的第一负极活性层，负极集流体的功能表面是指负极集流体中用于承载负极活性层的两个相对的面积较大的表面，具体为负极集流体的上表面和下表面，例如，图1为本发明一实施例提供的负极片的结构示意图，如图1所示，负极片包括负极集流体1和设置在负极集流体1一个功能表面的第一负极活性层2-1，第一负极活性层2-1上方设置有隔膜3，用于分隔锂离子电池中的正极片和负极片，第一负极活性层2-1包括碳材料4和硅材料5，本发明通过限定硅材料在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数以及硅材料表面的反应层厚度及其与周围材料之间的间隙，使锂离子电池具有较低的SEI阻抗RSEI及电荷转移电阻Rct，进而使锂离子电池具有较为优异的循环性能，具体地，在第一负极活性层厚度方向，硅材料以N个线性排列分布于第一负极活性层中，即从负极集流体1一侧，沿垂直于负极集流体的方向至隔膜3的方向上做N条直线，并对每条直线上硅材料的颗粒数进行统计计算，将总颗粒数除以N得到平均值即为硅材料在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数，平均颗粒数为1.5-5.5；图2为本发明一实施例提供的硅材料表面反应层的SEM图，如图2所示，硅材料表面的反应层厚度是指在锂离子电池循环过程中，硅材料与电解液在固液相截面发生电化学反应，形成一层覆盖于硅材料表面的钝化层，反应产物(如Li2CO3、LiF、ROLi等)沉积在硅材料表面，即为硅材料表面的反应层，该反应层的厚度小于等于600nm；图3为本发明一实施例提供的硅材料与周围材料间隙的SEM图，如图3所示，间隙是指在锂离子电池循环过程中，硅材料发生膨胀，使其与周围材料之间的间隙变小，例如图3中圈出的部分，间隙应小于等于900nm，周围材料主要为碳材料，但不排除其他材料的可能。本发明通过控制硅材料在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数、循环后硅材料表面反应层的厚度及其与周围材料之间的间隙，使锂离子电池具有较低的SEI阻抗RSEI及电荷转移电阻Rct，提高了锂离子电池的容量保持率，从而使锂离子电池具有较为优异的循环性能。
为了进一步缓解硅材料体积膨胀导致的锂离子电池循环性能变差的问题，可将硅材料集中在负极活性层靠近集流体的一侧，而远离集流体一侧的活性物质主要为碳材料，即所述锂离子电池包括第二负极活性层，所述第二负极活性层设置在所述第一负极活性层远离负极集流体的表面，所述第二负极活性层包括碳材料。
图4为本发明又一实施例提供的负极片的结构示意图，如图4所示，该负极片包括负极集流体1、第一负极活性层2-1以及第二负极活性层2-2，且第一负极活性层2-1和第二负极活性层2-2依次层叠设置在负极集流体1的上表面，第一负极活性层2-1包括碳材料4和硅材料5，而第二负极活性层2-2包括碳材料4，即不包括硅材料5，在锂离子电池循环过程中，设置在负极片表层的碳材料可以为底层的硅材料提供缓冲通道，有利于缓解硅材料的体积膨胀，进一步提高锂离子电池的循环性能。
为了在提高锂离子电池循环性能的基础上进一步兼顾其能量密度，所述碳材料的D50碳、所述硅材料的D50硅、所述碳材料的质量m1、所述硅材料的质量m2，所述负极活性层的厚度H之间满足关系式1：
Figure BDA0003252820780000031
D50碳、D50硅以及H的单位相同，m1与m2的单位相同；
为了便于说明，本发明将碳材料和硅材料的粒径、质量比和负极活性层厚度根据式1所示的公式计算得到的数值定义为M值，M值可以反应出负极活性层内硅材料的颗粒数与碳材料的颗粒数的比值，具体地，D50碳和D50硅分别是指碳材料和硅材料中累积分布达到50％时对应的粒径值，二者的单位相同，例如可以是μm，粒径可通过激光粒度仪测量得到；碳材料和硅材料的质量比是指负极活性层中碳材料的质量和硅材料的质量的比值，二者的单位相同，例如克；负极活性层的厚度H是指位于负极集流体一个功能表面上的负极活性层的厚度，其单位与D50单位相同。
当负极片包括负极集流体和第一负极活性层时，将碳材料的D50、硅材料的D50、碳材料和硅材料的质量以及第一负极活性层的厚度代入式1所示的公式中进行计算；当负极片还包括第二负极活性层时，在式1所示的公式中，当第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的D50相同时，则直接以该D50代入式1中计算，当第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的D50不同时，则以D50均值(计算公式为D50A*A％+D50B*B％，A％和B％为两款不同碳材料在负极活性层中所占的比例)代入式1中进行计算，负极活性层的厚度H为第一负极活性层和第二负极活性层的总厚度，碳材料的质量m1为第一负极活性层和第二负极活性层中碳材料的总质量，硅材料的质量m2为第一负极活性层和第二负极活性层中硅材料的总质量。
本领域技术人员可结合常规技术手段制备得到锂离子电池，例如，首先将碳材料和硅材料按照一定质量比混合得到负极活性物质，并搭配导电剂、粘结剂以及分散剂得到负极活性层浆液，随后将负极活性层浆液涂布在负极集流体的至少一个功能表面，得到负极片；当负极片包括第一负极活性层和第二负极活性层时，区别在于需分别配制第一负极活性层浆液和第二负极活性层浆液，并按照图4所示结构进行涂布，得到负极片，为了简化涂布工艺，可搭配双腔模头进行双层涂布；将制备得到的负极片搭配正极片、隔膜得到电芯后经注液、封装、化成、分选等工序制备得到锂离子电池，为了实现平均颗粒数、反应层厚度以及间隙的要求，本领域技术人员可合理设置硅负极体系锂离子电池的配方并按照上述方法制备得到满足使用需求的锂离子电池。
在一种具体实施方式中，本发明所使用的碳材料和硅材料为本领域常规材料，例如，碳材料为天然石墨、人造石墨中的一种或两种，硅材料为硅、硅氧、硅碳中的一种或多种，可以理解的是，碳材料和硅材料粒径的大小、质量比等参数均对平均颗粒数、反应层厚度和间隙造成影响，对此，本发明也进一步给出了上述参数的范围，具体地：所述第一负极活性层中，所述碳材料的D50为10-20μm，所述碳材料的D50为5-15μm。
当所述锂离子电池包括第二负极活性层时，碳材料的粒径可根据本领域常规技术手段进行，例如，所述第二负极活性层中碳材料的D50为5-20μm。
当负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层时，所述第一负极活性层与所述第二负极活性层的质量比为(1：9)-(7：3)。
此外，由于硅材料的导电性较差，因此，当第一负极活性层包括硅材料时，应适当的提高活性层的导电性，由于本领域常规导电剂中碳管的导电性能远远大于常规碳黑导电剂，因此，包含硅材料的负极活性层中还包括碳管，随着硅材料含量的增多，碳管的含量也需相应的增多，但是碳管的分散性能不佳，锂离子电池存在鼓气风险，为了平衡硅材料的导电性和锂离子电池的安全性，可以将碳管和碳黑混合作为导电剂。
当包括第二负极活性层时，本发明不对第二负极活性层中导电剂的种类进行限定，本领域技术人员可根据实际需要进行设置，例如导电剂可以仅包括碳黑。
经发明人研究发现，粘结剂PAA(聚丙烯酸)有助于缓解硅材料的体积膨胀，因此，当第一负极活性层包括硅材料时，可优选PAA作为粘结剂，即所述第一负极活性层包括粘结剂PAA。
当包括第二负极活性层时，本发明不对第二负极活性层中粘结剂的种类进行限定，本领域技术人员可根据实际需要进行设置，例如粘结剂为SBR。
此外，本领域技术人员知晓，负极活性层还包括分散剂，即负极活性层包括负极活性物质、导电剂、粘结剂和分散剂，负极活性物质包括硅材料和碳材料，或者仅包括碳材料，对此，本发明也对第一负极活性层和第二负极活性层中各组分的含量进行进一步限定，具体地，所述第一负极活性层按照质量百分含量包括85％-99％的负极活性物质、0％-2％的导电剂、0％-2％的粘结剂以及1％-2％的分散剂；所述第二负极活性层按照质量百分含量包括95％-99％的碳材料、0％-2％的导电剂、1％-2％的粘结剂以及1％-2％的分散剂。
综上，本发明给出了在第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数以及硅材料表面反应层的厚度及其与周围材料之间的间隙，根据上述参数的限定设置合适的硅负极体系锂离子电池的配方，可实现对硅负极体系性能的精准改善，使得锂离子电池具有较为优异的循环性能。
本发明第二方面提供一种电子装置，包括本发明第一方面提供的锂离子电池。本发明不限定电子装置的种类，具体可以包括但不限于手机、笔记本电脑、电动汽车、电动自行车、数码照相机等。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、本发明通过控制硅材料在第一负极活性层厚度方向上的平均颗粒数、循环后硅材料表面反应层的厚度及其与周围材料之间的间隙，使锂离子电池具有较低的SEI阻抗RSEI及电荷转移电阻Rct，提高了锂离子电池的容量保持率，从而使锂离子电池具有较为优异的循环性能。
2、本发明通过设置双层负极活性层，在锂离子电池循环过程中，设置在负极片表面的碳材料可以为底层硅材料提供缓冲通道，有利于缓解硅材料的体积膨胀，进一步提高锂离子电池的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的负极片的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的硅材料表面反应层的SEM图；
图3为本发明一实施例提供的硅材料与周围材料间隙的SEM图；
图4为本发明又一实施例提供的负极片的结构示意图。
附图标记说明：
1-负极集流体；
2-1-第一负极活性层；
2-2-第二负极活性层；
3-隔膜；
4-碳材料；
5-硅材料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的锂离子电池包括正极片和负极片，其中：
负极片包括负极集流体铜箔以及设置在负极集流体铜箔两个功能表面的第一负极活性层，第一负极活性的厚度为54μm；
第一负极活性层包括96.5质量份的负极活性物质、0.5质量份的导电剂、1.5质量份的粘结剂PAA以及1.5质量份的分散剂CMC-Na，负极活性物质包括石墨和硅，石墨和硅的质量比为80：20，导电剂包括碳黑和碳管；
石墨的D10为7.5μm，D50为14.3μm，D90为27.6μm；
硅的D10为3.4μm，D50为10.6μm，D90为22.3μm；
正极片包括正极集流体铝箔以及设置在正极集流体铝箔两个功能表面的正极活性层，正极活性层包括98质量份的钴酸锂、1质量份的导电剂炭黑、1质量份的粘结剂PVDF。
本发明提供的锂离子电池的制备方法包括：按照上述参数制备得到负极片，并搭配正极片、隔膜制备得到电芯，焊接极耳后与隔膜进行卷绕得到电芯，隔膜采用旭化成5+2+2油系隔膜；然后进行封装、注液、化成、分选后得到锂离子电池。
在真空手套箱内，将锂离子电池拆解，取适量表面完好的负极片，采用氩离子研磨仪CP对样品进行截面切割，得到截面样品。采用背散射电子显微镜(BSE)对截面样品拍摄照片，得到第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为5.5个；并将上述锂离子电池在45℃恒温条件下，以0.7C恒流放电，1.5C恒流恒压充电，截止电流0.05C，循环600T后，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于600nm，硅材料与所述周围材料之间的间隙小于等于900nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为125.5mΩ，电荷转移阻抗为84.9mΩ。
将第一负极活性层中各参数代入式1中进行计算，计算得到的M值为1.59。
实施例2
本实施例提供的锂离子电池可参考实施例1，区别在于：
负极活性层包括第一负极活性层和第二负极活性层，其中，第一负极活性层包括96.5质量份的负极活性物质、1.5质量份的分散剂CMC-Na、1.5质量份的粘结剂PAA以及0.5质量份的导电剂，其中，负极活性物质包括石墨和硅，且石墨和硅的质量比为80：20；
第二负极活性层包括96.5质量份的石墨、1.5质量份的分散剂CMC-Na、1.5质量份的粘结剂PVDF以及0.5质量份的导电剂碳黑。
第一负极活性层与第二负极活性层的质量比为7：3。
第一负极活性层和第二负极活性层的总厚度为54μm；
采用与实施例1相同的方法进行测试，本实施例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为4.3个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于430nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于670nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为103.4mΩ，电荷转移阻抗为79.3mΩ。
本实施例计算得到的M值为1.16。
实施例3
本实施例提供的锂离子电池可参考实施例2，区别在于：
第一负极活性层与第二负极活性层的质量比为5：5。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本实施例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为3.5个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于290nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于440nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为98.6mΩ，电荷转移阻抗为73.8mΩ。
本实施例计算得到的M值为0.86。
实施例4
本实施例提供的锂离子电池可参考实施例2，区别在于：
第一负极活性层与与第二负极活性层的质量比为3：7。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本实施例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为2.8个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于220nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于360nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为79.5mΩ，电荷转移阻抗为62.3mΩ。
本实施例计算得到的M值为0.53。
实施例5
本实施例提供的锂离子电池可参考实施例2，区别在于：
第一负极活性层与与第二负极活性层的质量比为1：9。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本实施例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为1.5个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于130nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于310nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为59.9mΩ，电荷转移阻抗为67.3mΩ。
本实施例计算得到的M值为0.18。
对比例1
本对比例提供的锂离子电池可参考实施例1，区别在于：
负极活性层包括96.5质量份的负极活性物质，0.5质量份的导电剂、1.5质量份的粘结剂，以及1质量份的分散剂，负极活性物质包括石墨和硅，石墨和硅的质量比为7：3。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本对比例提供的锂离子电池中，负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为6.5个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于800nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于1200nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为135.6mΩ，电荷转移阻抗为110.4mΩ。
本对比例计算得到的M值为2.23。
对比例2
本对比例提供的锂离子电池可参考实施例2，区别在于：
第一负极活性层中石墨和硅的质量比为5:5。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本对比例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为8个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于1200nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于1600nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为154.6mΩ，电荷转移阻抗为119.3mΩ。
本对比例计算得到的M值为2.57。
对比例3
本对比例提供的锂离子电池可参考实施例2，区别在于：
第一负极活性层中石墨和硅的质量比为5:5；
第一负极活性层与第二负极活性层的质量比为5：5。
采用与实施例1相同的方法进行测试，本对比例提供的锂离子电池中，第一负极活性层厚度方向上硅材料的平均颗粒数为7.2个，所述硅材料表面的反应层的厚度小于等于1000nm，硅材料与周围材料之间的间隙小于等于1300nm，锂离子电池的SEI膜阻抗为149.6mΩ，电荷转移阻抗为121.2mΩ。
本对比例计算得到的M值为1.96。
表1-2对实施例1-5及对比例1-3的负极片的进行了列表说明以使得实施例1-5与对比例1-3提供的负极片的差异更直观。
表1实施例1以及对比例1提供的负极片的说明
Figure BDA0003252820780000101
表2实施例2-5以及对比例2-3提供的负极片的说明
Figure BDA0003252820780000102
对上述实施例1-5以及对比例1-3提供的锂离子电池的能量密度以及容量保持率和循环膨胀率进行测试，测试方法和测试结果如下：
1、能量密度测试方法：在25℃下，采用0.2C充电，0.5C放电，0.025C截止的充放电制度对锂离子电池进行测定；锂离子电池的平台电压为0.2C倍率放电下的平台电压。按照如下公式计算锂离子电池的能量密度(ED)：
ED＝容量*平台电压/(电芯长度*电芯宽度*电芯厚度)。
2、25℃循环容量保持率和循环膨胀率测试方法：25℃下，将实施例和对比例的锂离子电池以2C充电，0.7C放电的循环制度进行循环800T；容量保持率＝放电容量(每一圈)/初始容量；循环膨胀率＝(循环后厚度-初始厚度)/初始厚度。
3、45℃循环容量保持率和循环膨胀率测试方法：45℃下，将实施例和对比例的锂离子电池以1.5C充电，0.7C放电的循环制度进行循环600T；容量保持率＝放电容量(每一圈)/初始容量；循环膨胀率＝(循环后厚度-初始厚度)/初始厚度。
表3实施例1-5和对比例1-3提供的锂离子电池的测试结果
Figure BDA0003252820780000111
根据实施例1-5以及对比例1-3提供的数据可知，本发明通过限定硅材料的颗粒数、反应层厚度及其与周围材料之间的间隙，使锂离子电池具有较低的SEI阻抗RSEI及电荷转移电阻Rct，从而提高了锂离子电池的容量保持率，提高了锂离子电池的循环性能；根据实施例1以及实施例2-5提供的数据可知，双层结构的锂离子电池更有利于缓解硅材料的体积膨胀，进一步提高锂离子电池的循环性能；根据实施例2-5提供的数据可知，当碳材料的D50碳、硅材料的D50硅、碳材料的质量m1、硅材料的质量m2，负极活性层的厚度H根据式1计算得到的数值M在0.5-12的范围内，有助于兼顾锂离子电池的能量密度和循环性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种硅负极体系的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括负极集流体和设置在所述负极集流体至少一个功能表面的第一负极活性层，所述第一负极活性层包括碳材料和硅材料；
在所述第一负极活性层厚度方向上，所述硅材料以N个线性排列分布于所述第一负极活性层中，且每个线性排列中硅材料的平均颗粒数为1.5-5.5个；
当所述锂离子电池在45℃恒温条件下，以0.7C恒流放电，1.5C恒流恒压充电，截止电流0.05C，循环600T后，所述硅材料表面的反应层厚度小于等于600nm，所述硅材料与所述硅材料周围材料之间的间隙小于等于900nm；
所述锂离子电池包括第二负极活性层，所述第二负极活性层设置在所述第一负极活性层远离负极集流体的表面，所述第二负极活性层包括碳材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层按照质量百分含量包括85％-99％的负极活性物质、0％-2％的导电剂、0％-2％的粘结剂以及1％-2％的分散剂。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二负极活性层按照质量百分含量包括95％-99％的碳材料、0％-2％的导电剂、1％-2％的粘结剂以及1％-2％的分散剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层中，所述碳材料的D50为10-20μm，所述硅材料的D50为5-15μm。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二负极活性层中碳材料的D50为5-20μm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层与所述第二负极活性层的质量比为(1：9)-(7：3)。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括粘结剂PAA。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一负极活性层包括碳管和碳黑。
9.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求1-8任一项所述的锂离子电池。
CN202111051207.8A 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置 Active CN113745467B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310984066.8A CN116885105A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置
CN202111051207.8A CN113745467B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111051207.8A CN113745467B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310984066.8A Division CN116885105A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113745467A CN113745467A (zh) 2021-12-03
CN113745467B true CN113745467B (zh) 2023-06-27

Family

ID=78737214

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310984066.8A Pending CN116885105A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置
CN202111051207.8A Active CN113745467B (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310984066.8A Pending CN116885105A (zh) 2021-09-08 2021-09-08 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN116885105A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497438B (zh) * 2022-01-07 2024-04-26 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347842A (zh) * 2013-07-23 2015-02-11 华为技术有限公司 一种锂离子二次电池复合负极片及其制备方法和锂离子二次电池
JP2015090740A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 株式会社豊田自動織機 負極活物質及び蓄電装置
CN107408669A (zh) * 2015-09-29 2017-11-28 埃尔凯姆有限公司 用于锂离子电池的硅‑碳复合阳极
CN112310402A (zh) * 2020-12-24 2021-02-02 上海瑞浦青创新能源有限公司 一种硅复合材料的制备及含其的负极片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111640913B (zh) * 2019-03-01 2021-08-06 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极片及二次电池
KR20210060191A (ko) * 2019-11-18 2021-05-26 주식회사 엘지화학 음극 및 이를 포함하는 이차전지
US20230035623A1 (en) * 2019-12-13 2023-02-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN113013390B (zh) * 2021-02-20 2022-07-22 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及锂离子电池
CN113193161B (zh) * 2021-04-28 2024-04-09 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电极组件及电化学装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347842A (zh) * 2013-07-23 2015-02-11 华为技术有限公司 一种锂离子二次电池复合负极片及其制备方法和锂离子二次电池
JP2015090740A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 株式会社豊田自動織機 負極活物質及び蓄電装置
CN107408669A (zh) * 2015-09-29 2017-11-28 埃尔凯姆有限公司 用于锂离子电池的硅‑碳复合阳极
CN112310402A (zh) * 2020-12-24 2021-02-02 上海瑞浦青创新能源有限公司 一种硅复合材料的制备及含其的负极片

Also Published As

Publication number Publication date
CN116885105A (zh) 2023-10-13
CN113745467A (zh) 2021-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021027743A1 (zh) 一种负极极片、锂离子电池及装置
CN111816822B (zh) 一种功能化补锂隔膜、制备方法
US11387485B2 (en) All-solid-state lithium ion secondary battery
CN111009682B (zh) 一种全固态电池及其制备方法
JP7337984B2 (ja) 全固体二次電池
EP4040538A1 (en) Negative electrode material, negative electrode comprising same, and negative electrode preparation method
WO2021217587A1 (zh) 二次电池、其制备方法及含有该二次电池的装置
CN109980290B (zh) 一种混合固液电解质锂蓄电池
CN113745646A (zh) 一种硅负极体系的锂离子电池
CN113745645B (zh) 一种硅负极体系的锂离子电池
CN113745467B (zh) 一种硅负极体系的锂离子电池和电子装置
US20240047683A1 (en) Negative electrode plate, preparation method therefor, secondary battery including same, and power consuming device
JP2023538082A (ja) 負極およびこれを含む二次電池
CN114982007A (zh) 制造负极的方法
Nagai et al. Development of highly reliable high-capacity batteries for mobile devices and small-to medium-sized batteries for industrial applications
CN113745468B (zh) 一种锂离子电池和电子装置
CN115440933A (zh) 负极极片、电池、电池包及用电设备
CN115799441A (zh) 一种锂离子电池及用电装置
WO2017217319A1 (ja) リチウムイオン二次電池
CN115036458B (zh) 一种锂离子电池
JP7446459B2 (ja) セパレータ、その製造方法およびそれに関連する二次電池、電池モジュール、電池パックならびに装置
CN108400375A (zh) 一种21700高能量锂离子电池及其制备方法
CN113140691B (zh) 电池及其制备方法
EP4333149A1 (en) Rechargeable battery, battery module, battery pack, and electric apparatus
EP4258383A1 (en) Positive electrode sheet, secondary battery, battery module, battery pack, electric device, and method for balancing internal voltage difference of battery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant