[发明专利]一种锂离子电池阳极片及使用该阳极片的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其阳极片。

背景技术

从目前市场来看，移动电子终端轻薄化、平板化和功能多样化已成趋势。低碳经济的兴起，为锂离子电池在机车设备领域的应用开启了新的市场。它们都对锂离子电池提出了共同的要求：高能量密度。然而，以石墨为阳极的锂离子电池的能量密度已接近极限，逐渐不能满足要求。具有更高容量的合金材料作为新一代的阳极材料，最有望取代石墨应用到商品化的锂离子电池中。因此，无论是科研院所、高校、还是各大企业，合金材料锂离子电池的开发进行的如火如荼。

但是，以现有技术来看，合金阳极存在以下不足（以硅合金阳极为例进行说明）：一是高的不可逆容量，除了形成固体电解质膜（SEI膜）所必须消耗的较少量不可逆容量外，更主要的是由于材料自身的特性，合金阳极很难将嵌入的锂完全脱嵌出来，即部分的锂离子滞留在内部，从而形成不可逆容量损耗，不可逆容量损耗比石墨体系的多约20％。如此一来，合金阳极的高能量密度的优势就大大地被弱化了。二是巨大的体积膨胀。合金材料在嵌锂后，将会从晶相变成无定形相，体积大幅度增大。按理论计算的结果，完全嵌锂以后的合金体积将增大３倍。因此，开发合金阳极体系锂离子电池必须解决两个问题：补偿合金阳极体系电池的不可逆容量损耗和改善合金阳极膨胀。

从降低不可逆容量损耗来看，直接改进阳极材料是最好的途径。但由于目前对合金阳极材料的制备还不太成熟，改进材料来降低不可逆容量损耗的方法还没有成效。还有一种常出现在科技文献中的方法是通过加入金属锂补偿硅阳极在充放电过程中的不可逆锂离子。其普遍的做法是在阳极片的表面撒上一层锂粉末，然后将锂粉末压入到阳极片中。这种方法确实能够起到补充不可逆容量的效果。但是也有一些缺点：一者，锂粉撒在阳极片上的分布不均匀；二者，极片需要二次轧制，二次轧制的过程容易引起极片中孔隙结构与分布的的不可控，而锂离子电池中极片的孔隙结构与分布又极其重要；再者，该方法无法改善阳极片的膨胀，进而无法改善电池的膨胀。因此，在工业化生产合金阳极体系的锂离子电池时，这些因素的不可控将使得电池电化学性能的一致性难以保证。

有鉴于此，确有必要提供一种既能补偿采用合金阳极的电池的不可逆容量损耗，又能改善合金阳极膨胀的锂离子电池及其阳极片。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种既能补偿采用合金阳极的电池的不可逆容量损耗，又能改善合金阳极膨胀的锂离子电池阳极片，以克服现有技术中的合金阳极难以同时解决补偿采用合金阳极的电池的不可逆容量损耗和改善合金阳极膨胀的的不足。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池阳极片，包括阳极集流体和设置于所述阳极集流体的阳极膜片，所述阳极膜片包括阳极活性物质、粘接剂和导电剂，所述阳极活性物质包括Si-C合金、Si_aO_bM_c及Si_aO_bM_c-C合金中的至少一种，其中a，b，c分别表示原子百分比，0≤a≤100，0≤b<100, 0≤c<100，M为铝、硅、锡、锰、铟、钇、钼、铌、钽、铁、铜、钛、铬、镍、钴、锆、镧和锕元素中的至少一种，所述阳极集流体设置有孔，所述孔内填充有锂金属颗粒。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述阳极集流体的厚度小于或等于40μm。阳极集流体的厚度太大，会对电池的能量密度有较大影响，而且会使孔太深，不利于金属锂颗粒的溶出。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述孔的总面积与所述阳极片的总面积比小于或等于70%。若孔的总面积太大，会降低阳极集流体的强度，减弱其支撑作用，且与阳极膜片的接触面积太小，会导致阳极膜片的脱落，使电池不能正常使用。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述孔的总面积与所述阳极片的总面积比为10-50%，这是优选的范围。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述孔的总面积与所述阳极片的总面积比为30%，这是较佳选择。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述孔在所述阳极集流体的平面上均匀分布，有利于孔的制造，并且能够为阳极片提供均匀的阳极片膨胀空间。

作为本发明锂离子电池阳极片的一种改进，所述孔的直径为0.01-10μm。孔的直径太大，不利于锂金属颗粒的填充；孔的直径太小，不利于孔的制造，且容易使锂金属颗粒破碎。