[发明专利]一种锂离子电池硅负极及电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅负极及电池，涉及锂离子电池技术领域。其包括相互混合的硅活性材料、电解质材料和粘结剂；所述电解质材料为三层复合结构的颗粒材料，所述电解质材料包括多孔内核、中间层的陶瓷快离子导体层和外层的保护层。本发明提供的一种锂离子电池硅负极及电池，能够解决控制硅材料膨胀的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池硅负极及电池。

背景技术

锂离子电池由于具有重量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点，在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。目前电子数码产品对锂离子电池的能量密度要求越来越高，而现有的负极材料石墨很难满足能量密度要求。硅材料的理论克容量为4200mAh/g，远高于石墨材料的理论克容量372mAh/g，但硅材料在充放电过程中体积膨胀大，使硅材料目前在锂离子电池中难以商用化。硅材料在充放电过程中体积膨胀大会导致以下问题：1、导致负极极片厚度增大，进而引起锂离子电池体积增大；2、导致硅材料之间以及硅材料与导电碳之间的接触降低，影响锂离子电池的循环使用寿命；3、硅材料体积膨胀后易从集流体上脱落，容易引起自放电和内短路等安全问题。

对硅材料用作锂离子电池负极的研究重点在于如何控制硅材料的膨胀形变。目前采用较多的办法是对硅材料进行优化与改性，比如采用纳米硅粉、硅纳米线，硅纳米管或硅碳复合，也有采用气相沉积法在无定形碳上沉积纳米硅。这些方法在一定程度上提高了硅负极的循环稳定性，但效果和稳定性有限。

因此，亟需一种新的锂离子电池硅负极，以解决控制硅材料膨胀的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池硅负极及电池，能够解决控制硅材料膨胀的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池硅负极，包括相互混合的硅活性材料、电解质材料和粘结剂；所述电解质材料为三层复合结构的颗粒材料，所述电解质材料包括多孔内核、中间层的陶瓷快离子导体层和外层的保护层；

所述保护层为保护性碳层；所述保护性碳层通过碳前驱体的热沉积方式沉积于所述陶瓷快离子导体层的表面；

所述保护性碳层还设有聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质为多孔结构；

所述聚合物固态电解质包括聚合物、锂盐和第一导电剂；所述聚合物为聚丙烯酸酯，所述聚丙烯酸酯为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸乙酯中的一种或几种；所述第一导电剂为导电碳类材料。

可选地，所述多孔内核的空隙率为20-95%；所述多孔内核的孔径不大于5nm。

可选地，所述多孔内核的空隙率为50-95%。

可选地，所述多孔内核由多孔导电材料制备得到。

可选地，所述多孔内核为多孔导电碳材料制备得到。

可选地，还包括第二导电剂，所述第二导电剂置于所述硅活性材料、电解质材料和粘结剂之中并混合均匀；所述第二导电剂的重量与锂离子电池硅负极总重量的比值不大于2%。

可选地，所述多孔内核的粒径为1-10μm，所述陶瓷快离子导体层的厚度为10-500nm；所述保护层的厚度为1-50nm。

可选地，所述硅活性材料的重量占所述锂离子电池硅负极总重量的90-97%；所述电解质材料的重量占所述锂离子电池硅负极总重量的1-5%；所述粘结剂的重量占所述锂离子电池硅负极总重量的0.01-5%。

本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如前所述的锂离子电池硅负极。