[发明专利]一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置

说明书

本申请提供了一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置，负极极片包含负极材料层，负极材料层包含硅基复合材料，硅基复合材料包含多孔的碳基体和碳基体孔隙内的纳米硅颗粒，硅基复合材料的XRD衍射图谱中在2θ角为12°至38°范围内存在衍射峰，衍射峰的总面积为A，衍射峰中2θ角为12°至衍射峰的峰值所对应的2θ角范围内的衍射峰面积为B，且60％≤B/A≤70％。具有本申请负极极片的电化学装置具有良好的循环性能、较小的循环变形率、高的能量密度和良好的倍率性能。

技术领域

本申请涉及电化学领域，特别是涉及一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置。

背景技术

锂离子电池具有体积和质量能量密度大、循环寿命长、标称电压高、自放电率低、体积小、重量轻等许多优点，在消费电子领域具有广泛的应用。随着近年来电动汽车和可移动电子设备的高速发展，人们对电池的能量密度、安全性、循环性能等相关需求越来越高，期待着综合性能全面提升的新型锂离子电池的出现。

硅材料具有高的比容量，作为锂离子电池的负极材料能够显著提升锂离子电池的能量密度。但是，在锂离子嵌入负极时，硅材料会产生较大的体积膨胀和体积收缩，消耗锂离子电池中的锂离子和电解液，甚至导致负极材料破裂，严重影响锂离子电池的能量密度和循环性能。另外，为了缓解硅材料体积膨胀和体积收缩的问题，减小硅颗粒的尺寸，但随着硅颗粒尺寸的减小，硅颗粒的比表面能增大，尤其是纳米硅颗粒，极易团聚而影响锂离子电池的能量密度和循环性能。

发明内容

本申请的目的在于提供一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置，以提高电化学装置的能量密度和循环性能，减小电化学装置多次循环后的变形率。

需要说明的是，在以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：

本申请的第一方面提供了一种负极极片，负极极片包含负极材料层，负极材料层包含硅基复合材料，硅基复合材料包含多孔的碳基体和碳基体孔隙内的纳米硅颗粒，硅基复合材料的XRD衍射图谱中在2θ角为12°至38°范围内存在衍射峰，衍射峰的总面积为A，衍射峰中2θ角为12°至衍射峰的峰值所对应的2θ角范围内的衍射峰面积为B，且60％≤B/A≤70％。

在本申请中，硅基复合材料所包含的碳基体具有多孔结构，纳米硅颗粒在碳基体的孔隙内。本申请的60％≤B/A≤70％，不限于任何理论，通过调控B/A的比值在上述范围内，可以有效缓解在脱嵌锂过程中纳米硅颗粒的体积膨胀，从而得到的电化学装置同时具有较高的首次效率、良好的循环性能和倍率性能。

在本申请中，纳米硅颗粒可以是指平均粒径为纳米级的硅颗粒，本申请对纳米硅颗粒的粒径没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，纳米硅颗粒的平均粒径不大于500nm。

在本申请中，B/A的下限值可以包括以下数值中：60％、61％、62％、63％或64％；B/A的上限值可以包括以下数值中：65％、66％、67％、68％、69％或70％。不限于任何理论，当B/A过小时(例如小于60％)，碳基体内部碳原子主要以SP³杂化形式存在，碳基体的导电率低，使得电化学装置的倍率性能恶化；当B/A过大时(例如大于70％)，会导致内部部分孔结构收缩、坍塌，碳基体中孔隙的均匀度较低，从而使得纳米硅颗粒在碳基体中的分布也不均匀，导致电化学装置的循环性能降低、电化学装置循环后的变形率增大。通过控制B/A的值在上述范围内，能够得到导电性能优异、纳米硅颗粒分布均匀的硅基复合材料，有效缓解在脱嵌锂过程中纳米硅颗粒的体积膨胀，提高电化学装置的首次效率、循环性能和倍率性能。