CN211045593U - 一种弹性分层硅基负极极片及包含该负极极片的锂电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种弹性分层硅基负极极片及包含该负极极片的锂电池，所述弹性分层硅基负极极片自一侧至另一侧依次包括石墨负极材料外层、硅基负极材料内层、多孔铜箔集流体、硅基负极材料内层和石墨负极材料外层；多孔铜箔集流体是在PET薄膜基底的两侧涂覆多孔铜箔得到。所述锂电池包括正极极片、负极极片以及位于正极极片和负极极片之间的隔膜；负极极片为所述的弹性分层硅基负极极片。本实用新型可以缓解充放电过程中硅基负极的体积膨胀，提高电池循环性能。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种弹性分层硅基负极极片及包含该负极极片的锂电池。
背景技术
随着目前市场对电池能量密度需求不断提高，常规的石墨负极材料已经不能够满足日益增长的要求。因此，近年硅基负极材料以更高的克容量、环境友好、储量丰富等优点被认为是下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。但由于硅基材料在充放电过程中较大的体积膨胀，会导致其表面形成的SEI保护膜破裂，由于SEI膜的形成需要电解液的消耗，所以在循环过程中对电解液的不断消耗，造成电解液干涸，负极极片极易出现活性物质脱落或掉粉现象，很大程度上影响电池循环性能，因此对硅基负极膨胀的抑制将对电池整体性能有着至关重要的影响。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种弹性分层硅基负极极片及包含该负极极片的锂电池，可以缓解充放电过程中硅基负极的体积膨胀。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种弹性分层硅基负极极片，其自一侧至另一侧依次包括石墨负极材料外层、硅基负极材料内层、多孔铜箔集流体、硅基负极材料内层和石墨负极材料外层；多孔铜箔集流体是在PET薄膜基底的两侧涂覆多孔铜箔得到。
优选的，石墨负极材料外层的厚度为30-100μm。
优选的，硅基负极材料内层的厚度为10-100μm。
优选的，多孔铜箔集流体的厚度为2-8μm。
优选的，石墨负极材料外层的材料为人造石墨、天然石墨和中间相碳微球中的一种。
一种包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，包括正极极片、负极极片以及位于正极极片和负极极片之间的隔膜；负极极片为所述的弹性分层硅基负极极片。
优选的，正极极片自一侧至另一侧依次包括正极活性物质层、集流体铝箔和正极活性物质层。
优选的，正极活性物质层的物质为磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型的硅基负极极片：(1)负极极片采用外层涂覆石墨负极材料，内层涂覆硅基负极材料，由于最外层为石墨材料材料，其本身膨胀较小会对内层硅基负极材料的体积膨胀起到一定抑制作用。(2)集流体采用以 PET薄膜为基底的多孔铜箔，一方面多孔铜箔表面的粗糙度较高，有利于提高硅基负极材料与集流体的粘结力，防止极片的掉粉，同时PET薄膜较好的柔韧性，可以缓解充放电过程中由于体积膨胀而造成的极片的伸缩，缓解活性物质的脱落。
本实用新型的锂电池，因采用本实用新型的负极极片，因此能很好的缓解充放电过程中硅基负极的体积膨胀，从而提高电池整体的循环性能。
附图说明
图1为本实用新型的包含该硅基负极极片的锂电池结构示意图。
图2为对比例传统锂电池结构示意图。
图3为实施例2与对比例搭配正极NCM(811)制备3.0Ah电池的循环性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型所述的弹性分层硅基负极极片，自一侧至另一侧依次包括石墨负极材料外层8、硅基负极材料内层7、多孔铜箔集流体6、硅基负极材料内层7和石墨负极材料外层8；多孔铜箔集流体6是在PET薄膜基底的两侧涂覆多孔铜箔得到。
包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，包括正极极片1、负极极片2 以及位于正极极片1和负极极片2之间的隔膜3。其中，正极极片1自一侧至另一侧依次包括正极活性物质层5、集流体铝箔4和正极活性物质层5。
所述硅基负极材料为硅碳复合材料、硅氧复合材料和硅氧碳复合材料中的一种或几种，粒径D50在5-30μm，克容量在500-1600mAh/g。
所述石墨负极材料为人造石墨、天然石墨和中间相碳微球中的一种或几种，粒径D50为10-30μm。
所述硅基负极材料内层7直接涂覆于多孔铜箔集流体上，其厚度为10- 100μm；
所述石墨负极材料外层8直接涂覆于硅基负极材料内层7上，其厚度为 30-100μm；
所述多孔铜箔集流体6的厚度为2-8μm，多孔铜箔的孔径为0.6mm～ 1.0mm。
所述正极活性物质为磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)和镍钴锰酸锂 (NCM)中的一种或几种。
实施例1
如图1所示，本实用新型一种包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，包括正极极片1、负极极片2以及位于正极极片1和负极极片2之间的隔膜 3。其中，正极极片1自一侧至另一侧依次包括正极活性物质层5、集流体铝箔4和正极活性物质层5；负极极片2自一侧至另一侧依次包括石墨负极材料外层8、硅基负极材料内层7、多孔铜箔集流体6、硅基负极材料内层7 和石墨负极材料外层8。多孔铜箔集流体6是在PET薄膜基底的两侧涂覆多孔铜箔得到。
其中，正极活性物质为磷酸铁锂；硅基负极材料为硅碳复合材料，粒度 5μm，容量500mAh/g，涂覆厚度为10μm；石墨负极材料为人造石墨，粒度10μm，涂覆厚度为30μm；PET薄膜为基底的多孔铜箔厚度为2μm，多孔铜箔的孔径为0.6mm。
实施例2
该实施例结构与实施例1相同，其中正极活性物质为NCM(811)；硅基负极材料为硅碳复合材料，粒度30μm，容量1600mAh/g，涂覆厚度为 100μm；石墨负极材料为人造石墨，粒度30μm，涂覆厚度为100μm； PET薄膜为基底的多孔铜箔厚度为8μm，多孔铜箔的孔径为1mm。
实施例3
该实施例结构与实施例1相同，其中正极活性物质为NCM(622)；硅基负极材料为硅碳复合材料，粒度15μm，容量600mAh/g，涂覆厚度为 20μm；石墨负极材料为人造石墨，粒度12μm，涂覆厚度为80μm；PET 薄膜为基底的多孔铜箔厚度为4μm，多孔铜箔的孔径为0.7mm。
实施例4
该实施例结构与实施例1相同，其中正极活性物质为NCM(111)；硅基负极材料为硅氧材料，粒度15μm，容量1400mAh/g，涂覆厚度为15μ m；石墨负极材料为人造石墨，粒度20μm，涂覆厚度为50μm；PET薄膜为基底的多孔铜箔厚度为6μm，多孔铜箔的孔径为0.8mm。
实施例5
该实施例结构与实施例1相同，其中正极活性物质为LMO；硅基负极材料为硅氧碳复合材料，粒度20μm，容量1000mAh/g，涂覆厚度为50μ m；石墨负极材料为人造石墨，粒度20μm，涂覆厚度为80μm；PET薄膜为基底的多孔铜箔厚度为4μm，多孔铜箔的孔径为0.9mm。
实施例6
该实施例结构与实施例1相同，其中正极活性物质为NCM(811)；硅基负极材料为硅氧碳复合材料，粒度20μm，容量1400mAh/g，涂覆厚度为80μm；石墨负极材料为人造石墨，粒度15μm，涂覆厚度为30μm； PET薄膜为基底的多孔铜箔厚度为8μm，多孔铜箔的孔径为1mm。
对比例1
对比例电池如图2所示，包括正极极片1、负极极片2以及位于正极极片1和负极极片2之间的隔膜3。其中，正极极片1自一侧至另一侧依次包括正极活性物质层5、集流体铝箔4和正极活性物质层5；负极极片2自一侧至另一侧依次包括硅基负极材料层7、铜箔9和硅基负极材料层7。
其中，正极活性物质为NCM(811)；硅基负极材料为硅碳复合材料，粒度30μm，容量1600mAh/g，涂覆厚度为100μm，铜箔厚度8μm。
对比例2
结构与对比例1相同，其中正极活性物质为LFP；硅基负极材料为硅氧材料，粒度15μm，容量1400mAh/g，涂覆厚度为150μm，铜箔厚度6μ m。
对比例3
结构与对比例1相同，其中正极活性物质为LMO；硅基负极材料为硅氧碳复合材料，粒度15μm，容量950mAh/g，涂覆厚度为200μm，铜箔厚度8μm。
对实施例1-6和对比例1-3进行了负极极片剥离强度测试，涂覆面密度 20mg/cm2，测试结果如表1所示。从测试结果可以看出，实施例中负极极片剥离强度明显高于传统极片。
表1剥离强度测试结果
对实施例2和对比例1组装3.0Ah 18650圆柱电池进行循环性能测试，结果如图3所示，从图中可以看出实施例2组装出的电池，循环260周容量保持率接近于90％，而对比例1组装电池仅在循环100周后容量就已将出现跳水，保持率已经跌至80％以下。
Claims (8)
1.一种弹性分层硅基负极极片，其特征在于，其自一侧至另一侧依次包括石墨负极材料外层(8)、硅基负极材料内层(7)、多孔铜箔集流体(6)、硅基负极材料内层(7)和石墨负极材料外层(8)；多孔铜箔集流体(6)是在PET薄膜基底的两侧涂覆多孔铜箔得到。
2.根据权利要求1所述的弹性分层硅基负极极片，其特征在于，石墨负极材料外层(8)的厚度为30-100μm。
3.根据权利要求1所述的弹性分层硅基负极极片，其特征在于，硅基负极材料内层(7)的厚度为10-100μm。
4.根据权利要求1所述的弹性分层硅基负极极片，其特征在于，多孔铜箔集流体(6)的厚度为2-8μm。
5.根据权利要求1所述的弹性分层硅基负极极片，其特征在于，石墨负极材料外层(8)的材料为人造石墨、天然石墨和中间相碳微球中的一种。
6.一种包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，其特征在于，包括正极极片(1)、负极极片(2)以及位于正极极片(1)和负极极片(2)之间的隔膜(3)；负极极片(2)为权利要求1-5任一项所述的弹性分层硅基负极极片。
7.根据权利要求6所述的包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，其特征在于，正极极片(1)自一侧至另一侧依次包括正极活性物质层(5)、集流体铝箔(4)和正极活性物质层(5)。
8.根据权利要求6所述的包含有弹性分层硅基负极极片的锂电池，其特征在于，正极活性物质层(5)的物质为磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20240222 Address after: 710061 3rd Floor, No. 88 Aerospace East Road, National Civil Aerospace Industry Base, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: Shaanxi Qingke Energy Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 710077 Shaanxi Coal Industry Chemical Group Co., Ltd. No. 2 Jinye Road, Xi'an High-tech Zone, Shaanxi Province Patentee before: SHAANXI COAL AND CHEMICAL TECHNOLOGY INSTITUTE Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| TR01 | Transfer of patent right |