[发明专利]锂离子二次电池负极,其制备方法以及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池负极，其制备方法以及包含该负极的锂离子二次电池。

背景技术

硅材料由于其储锂容量(理论容量4200mAh/g)远大于石墨类碳材料(理论比容量372mAh/g)，成为高容量锂离子二次电池负极材料的研究热点之一。然而，由于在充放电循环过程中，Li-Si合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化，会引起合金的机械分裂(产生裂缝与粉化)，导致材料结构的崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接触，造成电极的循环性能急剧下降，最后导致电极失效。因此，硅材料在锂离子二次电池中很难实际应用。

发明内容

为了解决硅材料用于锂离子二次电池负极时，电池循环性能较差的技术问题，本发明首先提供一种锂离子二次电池负极，包括负极集流体和沉积在负极集流体表面上的硅薄膜，负极集流体的个数至少2个，每个负极集流体上均有通孔，每个负极集流体的2个表面上均沉积有硅薄膜；负极集流体相互叠置，且每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上各沉积有至少1层硅薄膜。

为了制备上述锂离子二次电池负极，本发明进而提供一种锂离子二次电池负极的制备方法，包括在负极集流体上沉积硅薄膜、清洗硅薄膜和负极集流体、干燥，然后将表面沉积有硅薄膜的负极集流体相互叠置，制成锂离子二次电池负极。

为了解决硅材料用于锂离子二次电池负极时，电池循环性能较差的技术问题，本发明最后提供一种锂离子二次电池，包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极、隔膜和负极，所述负极为本发明所述的锂离子二次电池负极。

本发明的有益效果：本发明提供的锂离子二次电池负极采用包括负极集流体和沉积在负极集流体表面上的硅薄膜，负极集流体的个数至少2个，每个负极集流体上均有通孔，每个负极集流体的2个表面上均沉积有硅薄膜；负极集流体相互叠置，且每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上各沉积有至少1层硅薄膜的结构，这种结构的实质是利用多层硅薄膜层叠放置来缓解可以充放电循环过程中，硅材料的体积膨胀，从而较好解决由于硅材料的体积膨胀引起的电池循环性能差的问题，故使电池循环性能有了较大提高，常温下200个充放电循环后容量保持率可以达到100％，200～500个循环后电池容量较初始放电容量略有增加。

附图说明

图1本发明具体实施方式的第一种锂离子二次电池负极结构示意图

图2本发明具体实施方式的第二种锂离子二次电池负极结构示意图

图3本发明具体实施方式的第三种锂离子二次电池负极结构示意图

图4本发明实施例1的锂离子二次电池常温下的循环性能测试结果

图5本发明实施例2的锂离子二次电池常温下的循环性能测试结果

具体实施方式

下面详细说明本发明。

本发明具体实施方式首先提供一种锂离子二次电池负极，包括负极集流体和沉积在负极集流体表面上的硅薄膜，负极集流体的个数至少2个，每个负极集流体上均有通孔，每个负极集流体的2个表面上均沉积有硅薄膜；负极集流体相互叠置，且每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上各沉积有至少1层硅薄膜。

上述锂离子二次电池负极的结构类似“三明治”，即每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上各沉积有至少1层硅薄膜，如图1和图2所示为例。这种多层硅薄膜叠置的结构可以有效起到缓冲充放电过程中，硅材料体积膨胀的作用，从而提高电池的循环性能。每个负极集流体上均要有通孔，否则，锂离子(Li⁺)在正、负极之间的电场的作用下定向移动，易形成Li⁺在电池中某一位置富集，使Li⁺难以正常的在正、负极之间嵌入和脱出，从而电池的充放电循环难以正常进行。

每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上沉积的硅薄膜的层数可以相同，也可以不同；每层硅薄膜的厚度可以相同，也可以不同。

以图1所示为例的锂离子二次电池负极包括2个负极集流体a和b，其中，a的一个表面a2和b的一个表面b1相邻。a1上沉积一层3μm厚的硅薄膜，a2上沉积一层2μm厚的硅薄膜；b1上沉积两层硅薄膜，厚度分别为2μm、3μm，b2上沉积一层2μm厚的硅薄膜。

优选每2个相互叠置的负极集流体的相邻表面上沉积的硅薄膜的层数和每层的厚度均相等。以图2所示为例的锂离子二次电池负极包括2个负极集流体c和d，其中，c的一个表面c2和d的一个表面d1相对。c1上沉积一层3μm厚的硅薄膜，c2上沉积一层2μm厚的硅薄膜；d1、d2上各沉积一层2μm厚的硅薄膜。