CN207124236U - 一种硅基负极结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硅基负极结构，包括具有第一导电涂层的第一汇流条和具有第二导电涂层的第二汇流条，所述第一汇流条和第二汇流条之间设置有具有固定形状的若干硅单元，所述硅单元间隔设置且留有相应的空隙；本实用新型的硅基负极结构通过将硅基负极结构之间的硅单元之间设置成满足硅单元发生体积膨胀后的空间要求，来降低或减少硅基材料在锂化过程中体积和结构的变化，避免硅颗粒发生机械性破碎，提高硅基电池的容量和循环性能；本实用新型结构简单，操作方便，成本较低，适于大规模生产。

Description

一种硅基负极结构

技术领域

本实用新型涉及电池负极领域，特别涉及一种硅基负极结构。

背景技术

我过动力型锂离子电池的研究正处于高速发展阶段。锂离子电池从小型电子产品应用领域转向大功率的动力锂电领域，同时对锂离子电池的负极材料提出了新的要求。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，在很大程度上影响着锂离子电池的整体性能。目前，商业化的锂离子电池负极材料通常为石墨化碳材料比容量低，高倍率充放电性能较差且存在安全隐患，已无法满足更高比容量和安全性要求。因此，开发比容量高、循环性能好、充放电性能优异的新型锂离子电池负极材料成为迫切需需要。硅的嵌锂电位低，且在目前已知的材料中比容量最高(4200mAh.g^-1)，远大于石墨的理论容量；同时Si较石墨作为负极更为安全可靠，所以在业界范围内得到广泛的研究。

尽管硅的容量要高出碳十倍之多，由于巨大的体积效应造成硅基负极材料在脱/嵌锂过程中容量快速衰减，电极循环性能迅速下降，极大阻碍了其商业化的进程。因此，研究者现多针对于此性能缺陷而着重于硅基复合材料的研究，对硅基材料本身的结构或组成则研究较少。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种硅基负极结构，所述硅基负极结构的技术方案是这样实现的：

一种硅基负极结构，所述硅基负极结构包括具有第一导电涂层的第一汇流条和具有第二导电涂层的第二汇流条，所述第一汇流条和第二汇流条之间设置有具有固定形状的若干硅单元，所述若干硅单元分为两组，一组为端部与第一汇流条连接而与第二汇流条断开的第一硅单元组，另一组为端部与第二汇流条连接而与第一汇流条断开的第二硅单元组，所述第一硅单元组的硅单元与第二硅单元组的硅单元间隔设置，且所述硅单元之间分别设置相应的空隙。

优选地，所述硅单元的形状可以是三角形形状或是楔形形状的。

进一步的，所述硅基负极结构可以包括两条以上的具有导电涂层的汇流条组成，所述汇流条之间含有若干间隔设的硅单元。

进一步的，所述硅单元之间的空隙是可以满足硅单元在体积膨胀后体积的空间要求的。

更进一步的，当硅单元发生体积膨胀后，所述硅单元之间的空心部分填充，最多为填充密实。

具体实施时，所述硅基负极结构可以通过硅晶片蚀刻来实现。

具体工作过程中，当具有硅基负极结构的电池在工作过程时，当电池处于充电过程即处于嵌锂过程时，硅单元发生体积膨胀，所膨胀的体积则填充到所预留的硅单元的空隙当中(全部或部分填充)，而当放电过程即处于脱锂过程时，硅单元则发生收缩，返回原来的结构形态。

本实用新型的硅基负极结构通过将硅基负极结构之间的硅单元之间设置成满足硅单元发生体积膨胀后的空间要求，来降低或减少硅基材料在锂化过程中体积和结构的变化，避免硅颗粒发生机械性破碎，提高硅基电池的容量和循环性能；本实用新型结构简单，操作方便，成本较低，适于大规模生产。

附图说明

图1为本实用新型硅基负极结构示意图；

图2为本实用新型硅基负极结构在发生嵌锂后的一个实施例的结构示意图。

附图标记：1-第一汇流条，2-第二汇流条，3-硅单元，31-第一硅单元组，32-第二硅单元组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种硅基负极结构，所述硅基负极结构包括具有第一导电涂层的第一汇流条1和具有第二导电涂层的第二汇流条2，所述第一汇流条1和第二汇流条2之间设置有具有固定形状的若干硅单元3，所述若干硅单元3分为两组，一组为端部与第一汇流条连接而与第二汇流条断开的第一硅单元组31，另一组为端部与第二汇流条连接而与第一汇流条断开的第二硅单元组32，所述第一硅单元组31的硅单元与第二硅单元组32的硅单元间隔设置，且所述硅单元3之间分别设置相应的空隙。

具体实施时，所述硅单元3的形状可以是三角形形状或是楔形形状的。

作为优选的，所述硅基负极结构可以包括两条以上的具有导电涂层的汇流条组成，所述汇流条之间含有若干间隔设的硅单元3。

具体实施时，所述硅单元3之间的空隙是可以满足硅单元3在体积膨胀后体积的空间要求的。

具体实施时，当硅单元3发生体积膨胀后，所述硅单元3之间的空心部分填充，最多为填充密实。

具体实施时，所述硅基负极结构可以通过硅晶片蚀刻来实现。

具体工作过程中，当具有硅基负极结构的电池在工作过程时，当电池处于充电过程即处于嵌锂过程时，硅单元3发生体积膨胀，所膨胀的体积则填充到所预留的硅单元的空隙当中(全部或部分填充，如图2所示为部分填充的一个实施例)，而当放电过程即处于脱锂过程时，硅单元3则发生收缩，返回原来的结构形态。

本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上，熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示而作出不背离本实用新型实质的替换及修饰，因此，本实用新型保护范围不限于实施例所揭示的内容，也包括各种不背离本实用新型实质的替换及修饰。

Claims (5)

1.一种硅基负极结构，其特征在于：所述硅基负极结构包括具有第一导电涂层的第一汇流条和具有第二导电涂层的第二汇流条，所述第一汇流条和第二汇流条之间设置有具有固定形状的若干硅单元，所述若干硅单元分为两组，一组为端部与第一汇流条连接而与第二汇流条断开的第一硅单元组，另一组为端部与第二汇流条连接而与第一汇流条断开的第二硅单元组，所述第一硅单元组的硅单元与第二硅单元组的硅单元间隔设置，且所述硅单元之间分别设置相应的空隙。

2.根据权利要求1所述的硅基负极结构，其特征在于：所述硅单元的形状可以是三角形形状或是楔形形状的。

3.根据权利要求1所述的硅基负极结构，其特征在于：所述硅基负极结构可以包括两条以上的具有导电涂层的汇流条组成，所述汇流条之间含有若干间隔设的硅单元。

4.根据权利要求1所述的硅基负极结构，其特征在于：所述硅单元之间的空隙是可以满足硅单元在体积膨胀后体积的空间要求的。

5.根据权利要求4所述的硅基负极结构，其特征在于：当硅单元发生体积膨胀后，所述硅单元之间的空心部分填充，最多为填充密实。