[发明专利]一种负极极片及含有该极片的锂离子电池

说明书

本发明提供一种负极极片及含有该极片的锂离子电池，所述负极极片的负极活性材料使用镁硅氧复合氧化物和石墨的混合材料，其中镁硅氧复合氧化物材料相比于SiO_y材料(y为0.8‑1.2之间的数)具有首次充电效率高，压实密度高(可以达到1.8g/cm³)，循环膨胀小等优势，可以一定程度上降低负极嵌锂过程中的体积变化，保证颗粒完整性和极片的整体性，进而提高负极极片的循环性能，可以有效解决SiO_y材料高比例掺混负极首次充电效率偏低，循环衰减快，循环膨胀大等问题，从而显著提升电池的能量密度和循环寿命，适合大规模商业化生产。本发明所记载的锂离子电池能量密度明显提升，并且循环初期快速衰减的问题得到有效改善，寿命更长。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种负极极片及含有该极片的锂离子电池。

背景技术

传统的钴酸锂(LCO)、镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA)、磷酸铁锂(LFP)正极材料搭配石墨负极材料远远不能满足此日益增长的能量密度需求，故新的高能量密度正负极体系开发十分必要。

Si基负极材料具有高比容量、低成本、易加工等优异性能；Si复合材料掺混石墨负极已广泛应用于高能量密度圆柱、钢壳类动力电池领域，但是由于Si循环过程中体积膨胀大，限制了其在高比例掺混和软包电池中的应用，越来越多的厂家把研究重心转移到Si基负极材料。

发明内容

Si基负极材料和Si-C基负极材料具有比容量高(～3400mAh/g)、循环寿命长，首次库伦效率高的优势，但是由于其循环过程中体积膨胀大，颗粒易脱落，导致有效活性物质脱离导电网络，颗粒破碎导致SEI膜反复生成破坏，加速电解液消耗，内阻提升等问题，使其在软包电池的实际应用中困难重重。相对的，氧化亚硅(SiO_y，y介于0.8-1.2之间)，虽然比容量较低(～1800mAh/g)，但由于材料循环寿命更长、体积膨胀小等优势，更符合软包电池的对负极材料的要求而越来越被软包电池厂商青睐，不过SiO_y材料的大规模商业化应用还是存在一些问题：例如：SiO_y材料首次充放电过程中消耗大量活性Li，造成高的不可逆容量，导致首次循环库伦效率低(75％)，无法有效提升全电池能量密度，虽然通过对SiO_y进行改性(碳涂层、调节Si:O比等)可以一定程度上提高首次库伦效率，但是仍然无法达到石墨负极水平(93％)，实际使用中全电池能量密度提升依旧有限，也因此成为桎梏SiO_y材料应用，锂电行业提高能量密度进程的一大障碍。

在众多高能量密度正极材料中，钴酸锂正极虽然可逆比容量不是最高的，但是由于其压实密度大，循环电压高等优点，成为消费类电子的最佳正极选择。使用钴酸锂正极搭配SiO_y混合负极组成的电池，在首次充放电过程中，由于钴酸锂材料的高首次充放电效率，只有少量活性锂不能回嵌，而大量活性锂在负极被消耗，没有办法参与后续循环过程，使得搭配SiO_y混合负极的钴酸锂材料的实际可逆容量相比于搭配传统的纯石墨的钴酸锂材料有大幅度降低。同时，由于SiO_y材料在嵌锂的过程中，体积变化大，首次充放电过程中极片厚度变化大，负极活性材料的导电网络和粘接强度明显降低。

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种负极极片及含有该负极极片的锂离子电池，所述负极极片是使用镁硅氧复合氧化物和石墨的混合物作为负极活性材料，所述负极活性材料的使用可降低在电池使用过程中，不可逆硅酸锂的生成，显著降低首次充放电过程中负极对活性锂的消耗，进而提高全电池的首次充放电库伦效率，同时能够改善单一SiO_y负极材料循环初期容量衰减大和循环性能不佳等问题，从而大幅提高全电池能量密度和延长电池使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：