本發(fā)明涉及二次電池，具體涉及一種高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片、高能量密度鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，新能源汽車逐漸成為人們?nèi)粘３鲂写降氖走x方式。在電動汽車領(lǐng)域，鋰離子電池成為最主要的動力來源，根據(jù)國家新能源汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我國要在2035年前實現(xiàn)新能源汽車占據(jù)汽車行業(yè)總銷售量一半的目標(biāo)。電動汽車?yán)m(xù)航里程要求越來越高，對電池能量密度的要求也隨著增加。

2、目前實現(xiàn)商業(yè)化的鋰離子電池材料中，三元正極材料擁有最高的能量密度。而高鎳三元正極材料正逐步成為未來的發(fā)展方向，但高鎳三元材料中陽離子混排所導(dǎo)致的循環(huán)穩(wěn)定性差，高溫與倍率性能不佳等問題也亟需改善。同時高鎳三元熱失控問題也成為限制其大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。

3、對于負(fù)極材料而言，商業(yè)化的石墨負(fù)極具有循環(huán)壽命長、與電解液相容性好的優(yōu)點，但其較低的能量密度成為限制其在高能量密度電池中應(yīng)用的最大阻礙。硅負(fù)極材料具有約10倍于石墨的理論能量密度，但是硅負(fù)極材料在工作過程中高達(dá)300%的體積膨脹也限制了其應(yīng)用。

4、2017年10月13日申請公布的申請公布號為cn107248592a的中國發(fā)明專利公開了一種新型高功率高能量密度鋰離子電池，所述負(fù)極活性物質(zhì)為sio、軟碳和/或人造石墨組成，負(fù)極導(dǎo)電劑為超導(dǎo)碳黑和單壁碳納米管的至少一種，采用sio與軟碳和/或人造石墨的共混體系能大幅度提升電池的克容量，進(jìn)而提高電池的高能量密度，碳納米管在sio顆粒表面形成致密穩(wěn)固的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使負(fù)極材料體系在大幅收縮和膨脹的過程也能形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，解決循環(huán)壽命不足的問題，制備得到的電池同時具備優(yōu)異的倍率放電能力在高的能量密度，重量比能量密度達(dá)到230wh/kg，循環(huán)性能可達(dá)500次以上。

5、然而上述的高能量密度鋰離子電池使用的負(fù)極材料體系仍然會發(fā)生大幅收縮和膨脹，即負(fù)極片仍然存在體積膨脹的問題，且鋰離子電池工作過程中會釋放熱量，導(dǎo)致鋰離子電池的高溫（55℃）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，從而導(dǎo)致高溫循環(huán)性能較差，另外上述鋰離子電池的能量密度仍較低，如何同時提高鋰離子電池能量密度和高溫循環(huán)穩(wěn)定性成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，解決現(xiàn)有鋰離子電池用負(fù)極片無法同時提高電池能量密度和高溫循環(huán)穩(wěn)定性的問題。

2、本發(fā)明的第二個目的在于提供一種高能量密度鋰離子電池，解決現(xiàn)有鋰離子電池?zé)o法同時提高電池能量密度和高溫循環(huán)穩(wěn)定性的問題。

3、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片的技術(shù)方案為：

4、一種高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，所述負(fù)極片中的負(fù)極活性物質(zhì)包括硅碳和石墨，所述硅碳和石墨的質(zhì)量比為（7~15）：（85~93），所述負(fù)極片的面密度為150~190g/cm2。

5、本發(fā)明是對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，通過控制負(fù)極片的負(fù)極活性物質(zhì)中硅碳和石墨的配比及負(fù)極片的面密度，使得該負(fù)極片制備的鋰離子電池兼具硅負(fù)極材料的高能量密度和石墨材料的低體積膨脹性能，能夠同時提高鋰離子電池的能量密度和高溫循環(huán)穩(wěn)定性。采用本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片制備的離子電池，其能量密度達(dá)到296~318wh/kg，55℃下120次高溫循環(huán)后的容量保持率能達(dá)到94.3~95.5%。

6、為了進(jìn)一步提高電池能量密度和高溫循環(huán)性能，優(yōu)選地，所述硅碳為納米硅沉積多孔碳，所述硅碳中的納米硅的含量為45~60%。

7、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，優(yōu)選地，所述負(fù)極片包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電石墨和碳納米管，所述負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電石墨、碳納米管的質(zhì)量比為（93.5~96.5）：（1~3）：（0.5~1.5）：（0.2~0.5）。通過加入少量碳納米管作為導(dǎo)電材料，在保證成本可控的前提下降低電池直流阻抗，能夠提升材料動力學(xué)。

8、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，優(yōu)選地，所述負(fù)極片的壓實密度為1.5~1.7?g/cm3。

9、為了進(jìn)一步提高負(fù)極片的穩(wěn)定性，優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑選自丁苯橡膠、聚丙烯酸酯、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種。

10、本發(fā)明的高能量密度鋰離子電池的技術(shù)方案為：

11、一種高能量密度鋰離子電池，包括所述的負(fù)極片。

12、本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池，通過采用所述的負(fù)極片，通過控制負(fù)極片的負(fù)極活性物質(zhì)中硅碳和石墨的配比及負(fù)極片的面密度，使得該負(fù)極片制備的鋰離子電池兼具硅負(fù)極材料的高能量密度和石墨材料的低體積膨脹性能，能夠同時提高鋰離子電池的能量密度和高溫循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池，其能量密度達(dá)到296~318wh/kg，55℃下120次高溫循環(huán)后的容量保持率能達(dá)到94.3~95.5%。

13、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，優(yōu)選地，所述高能量密度鋰離子電池包括正極片，所述正極片中的正極活性物質(zhì)為三元正極材料，所述三元正極材料為linixcoymn1-x-yo2，其中0.90≤x＜0.93，0.04≤y＜0.08。在三元正極材料擁有較高的能量密度的基礎(chǔ)上，通過采用所述的負(fù)極片，能夠避免三元正極材料中陽離子混排所導(dǎo)致的循環(huán)穩(wěn)定性差、高溫及倍率性能差的問題，極大提高鋰離子電池的能量密度。

14、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，優(yōu)選地，所述正極片的面密度為340~420g/cm2，所述正極片的壓實密度為3.5~3.8?g/cm3。

15、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的能量密度，優(yōu)選地，所述正極片包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電石墨和碳納米管，所述正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電石墨、碳納米管的質(zhì)量比為（94~98.5）：（0.8~1.5）：（0.4~1.4）：（0.1~0.3）。

16、為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的離子傳遞速率，進(jìn)而提高電池的能量密度，優(yōu)選地，所述高能量密度鋰離子電池包括電解液，所述電解液的注液量為2.5~3g/ah。

技術(shù)特征：

1.一種高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片中的負(fù)極活性物質(zhì)包括硅碳和石墨，所述硅碳和石墨的質(zhì)量比為（7~15）：（85~93），所述負(fù)極片的面密度為150~190g/cm2。

2.如權(quán)利要求1所述的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，其特征在于，所述硅碳為納米硅沉積多孔碳，所述硅碳中的納米硅的含量為45~60%。

3.如權(quán)利要求1所述的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電石墨和碳納米管，所述負(fù)極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電石墨、碳納米管的質(zhì)量比為（93.5~96.5）：（1~3）：（0.5~1.5）：（0.2~0.5）。

4.如權(quán)利要求1所述的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片的壓實密度為1.5~1.7?g/cm3。

5.如權(quán)利要求3所述的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片，其特征在于，所述粘結(jié)劑選自丁苯橡膠、聚丙烯酸酯、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種。

6.一種高能量密度鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-5任一項所述的負(fù)極片。

7.如權(quán)利要求6所述的高能量密度鋰離子電池，其特征在于，所述高能量密度鋰離子電池包括正極片，所述正極片中的正極活性物質(zhì)為三元正極材料，所述三元正極材料為linixcoymn1-x-yo2，其中0.90≤x＜0.93，0.04≤y＜0.08。

8.如權(quán)利要求7所述的高能量密度鋰離子電池，其特征在于，所述正極片的面密度為340~420?g/cm2，所述正極片的壓實密度為3.5~3.8?g/cm3。

9.如權(quán)利要求7所述的高能量密度鋰離子電池，其特征在于，所述正極片包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電石墨和碳納米管，所述正極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電石墨、碳納米管的質(zhì)量比為（94~98.5）：（0.8~1.5）：（0.4~1.4）：（0.1~0.3）。

10.如權(quán)利要求6所述的高能量密度鋰離子電池，其特征在于，所述高能量密度鋰離子電池包括電解液，所述電解液的注液量為2.5~3g/ah。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片、高能量密度鋰離子電池。本發(fā)明的高能量密度鋰離子電池用負(fù)極片中的負(fù)極活性物質(zhì)包括硅碳和石墨，所述硅碳和石墨的質(zhì)量比為（7~15）：（85~93），所述負(fù)極片的面密度為150~190g/cm<supgt;2</supgt;。本發(fā)明通過控制負(fù)極片的負(fù)極活性物質(zhì)中硅碳和石墨的配比及負(fù)極片的面密度，使得該負(fù)極片制備的鋰離子電池兼具硅負(fù)極材料的高能量密度和石墨材料的低體積膨脹性能，能夠同時提高鋰離子電池的能量密度和高溫循環(huán)性能。本發(fā)明提供的高能量密度鋰離子電池，其能量密度達(dá)到296~318Wh/Kg，55℃下120次高溫循環(huán)后的容量保持率能達(dá)到94.3~95.5%。

技術(shù)研發(fā)人員：孫曉賓,任文豪,李巖,潘美澤,楊大鵬,杜智鋒,李現(xiàn)艷,劉盼盼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中航鋰電（洛陽）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26