[发明专利]一种锂离子电池硅负极片

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅负极片，该负极片中的活性物质为含硅材料，可以是纯硅粉、氧化亚硅、二氧化硅等，集流体采用铜箔等材料，其上预置小孔，先用填充剂填充小孔，然后在集流体上涂覆含硅负极材料，涂完后进入烘箱烘烤，填充剂挥发掉，形成了内部具有大量孔洞的硅负极片。用该负极片制造的锂离子电池充电时负极硅材料会鼓胀，由于事先在内部设置了大量孔洞，材料可以向孔洞中挤压膨胀，大大缩小了极片的膨胀厚度，提高了电池的电化学性能和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅负极片。

背景技术

新能源技术被公认为21 世纪的最重要的高新技术之一，电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。目前锂离子电池已经作为一种重要的能量源被人们大范围的使用，无论是在电子通讯领域，还是在交通运输领域等，它都担当着极为重要的角色，有着广泛的应用前景。

近年来，锂离子电池在航空航天领域的应用逐渐加强，火星着陆器、无人机、地球轨道飞行器、民航客机等航空航天器中，锂离子电池的身影随处可见。随着节能环保、信息技术、新能源汽车及航空航天等战略性新兴产业的发展，科研工作者们亟需在材料创新的基础上研发具有更高能量密度、更高安全性的高效锂二次电池。

为了提高锂离子电池的能量密度，科研工作者们试用了许多新材料，其中硅材料就被尝试用作锂离子电池的负极材料。硅也是极为常见的一种元素，主要以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%，仅次于第一位的氧（49.4%）。与石墨负极材料相比，硅基负极材料的能量密度优势明显。石墨的理论能量密度是372 mAh/g，而硅负极的理论能量密度超其10倍，高达4200mAh/g。硅材料能大大提升单体电池的容量，能有效缓解电池行业内对锂离子电池能量密度日益提高的要求。

但硅作为锂离子电池负极材料也有缺点。硅是半导体材料，自身的电导率较低。在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300%以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。此外，由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面（SEI）膜。伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

发明内容

本发明公开了一种锂离子电池硅负极片， 其技术方案如下：

一种锂离子电池硅负极片，所述硅负极片含有硅元素活性物质，其与导电剂、粘结剂、稀释剂混合成浆料后涂敷在集流体（1）上；集流体（1）被激光器（2）或者冲床等预先打上许多孔，先通过填充工艺用填充料把孔填满，然后将硅负极混合浆料涂覆在集流体（1）上，待极片通过烘箱烘干后，填充料挥发掉，在硅负极材料内部形成孔洞，然后将极片辊轧、分切制成硅负极片。

所述硅元素活性物质为纯硅粉、氧化亚硅、二氧化硅或者三者之一与石墨的复合材料。

所述粘结剂为PVDF（聚偏氟乙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）、聚胺酯、聚丙烯酸酯。

所述稀释剂为NMP（N-甲基吡咯烷酮）、DMAc（二甲基乙酰胺）、DMF（N，N-二甲基甲酰胺）、TEP（磷酸三乙酯）、DMSO（二甲基亚砜）。

所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管和碳纤维。

所述硅负极混合浆料是硅元素活性物质与导电剂、粘结剂、稀释剂混合形成的。