一种新型纳米硅碳电池的制作方法

本实用新型涉及新能源领域，特别涉及一种新型纳米硅碳电池。

背景技术：

锂离子电池作为二次电池，具有电压高、能量密度高无记忆效应等优点，被广泛应用于电子智能产品和新能源汽车中。商业上广泛使用的锂离子电池负极材料主要为石墨，其理论容量为372mAh/g，并且开发已接近理论值，限制了锂离子电池的进一步发展和应用。

硅基负极材料，因为它具有极高的理论储锂容量(4200mAh/g)、低脱锂电位，被认为是最有希望取代目前石墨的负极材料。但是由于硅基材料在充放电过程中发生巨大的体积膨胀和收缩变化，导致电池在循环过程中电极材料会发生破裂、粉化、结构崩塌等缺点，加上硅的导电性能很低，致使不可逆容量较高、循环稳定性较差。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种新型纳米硅碳电池，能够解决上述现有技术问题中的一种或几种。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种新型纳米硅碳电池，包括壳体和壳体内部的电芯，电芯包括正极片和负极片，正极片和负极片之间设有隔膜，负极片包括负极集流体和负极活性材料，

负极活性材料包括依次的石墨层、纳米硅碳颗粒以及硅粉层，

石墨层涂覆在负极集流体的表面，纳米硅碳颗粒为中空壁上具有大孔的空心球体，纳米硅碳颗粒涂覆于石墨层表面，硅粉层涂嵌于纳米硅碳颗粒的表面。

本实用新型的有益效果是，涂有硅粉层，大大提高了负极材料的能量密度，且硅粉层与石墨层之间设有空心壁上具有大孔的纳米硅碳颗粒，形成石墨层与硅粉层之间的过渡区，不仅进一步提高负极能量密度，更提高了硅粉层、纳米硅碳颗粒与石墨层之间的结合紧密度，在锂离子反复脱嵌过程中，能够使负极活性材料在充放电过程中产生的的膨胀得到限制和缓冲，减少负极活性材料的粉化脱落，延长电池的使用寿命。

在一些实施方式中，纳米硅碳颗粒的粒径为50至1000nm。纳米硅碳颗粒的粒径可以为50nm、60nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm等。

在一些实施方式中，纳米硅碳颗粒的粒径为100至500nm。

在一些实施方式中，硅粉粒径的大小为1至100nm。其有益效果是，硅粉经研磨而成，细小的硅粉更容易嵌于纳米硅碳颗粒之间的空隙中，结合更加紧密，硅粉粒径的大小优选为20-50nm，可以为25nm、30nm、40nm、50nm。

在一些实施方式中，还包括保护膜，保护膜设于正极片和/或负极片的表面。其有益效果是，保护膜能够使正负极进行更好的匹配，可进一步缓解硅在电池的充电和放电过程中的体积变化对电池的损害。

在一些实施方式中，保护膜为六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚物。其有益效果是，聚偏二氟乙烯易成膜，热稳定性和化学稳定性高，玻璃化转变温度低，具有较高的介电常数。六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚后，能够破坏聚偏二氟乙烯的分子规整性和对称性，进一步降低聚偏二氟乙烯的玻璃化转变温度和结晶度，提高链段运动能力，以提高锂离子的导电率；另外，由于六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚物中碳氟键具有极强的电子吸附能力，使该共聚物保护膜具有较强的抗电化学氧化能力。

在一些实施方式中，隔膜折叠成S形，正极片和负极片设于S形的隔膜的两侧。其有益效果是，S型设计电池可以做得很薄，且能够保证电池容量和性能，以满足未来超薄电子产品的需求。

在一些实施方式中，负极集流体为铜箔。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的一种新型纳米硅碳电池的负极片的结构示意图；

图2为图1所示一种新型纳米硅碳电池的电芯结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1-2示意性地显示了根据本实用新型的一种实施方式的一种新型纳米硅碳电池。如图所示，该装置包括壳体5和壳体5内部的电芯，电芯包括负极片1和正极片2，负极片1和正极片2之间设有隔膜3。隔膜3折叠成S形，正极片2和负极片1设于S形的隔膜3的两侧。S型设计，电池可以做得很薄，且能够保证电池容量和性能，以满足未来超薄电子产品的需求。负极片1包括铜箔制成的负极集流体11和负极活性材料12，负极活性材料12包括依次的石墨层121、纳米硅碳颗粒122以及硅粉层123。石墨层121涂覆在负极集流体11的表面，纳米硅碳颗粒122为中空壁上具有大孔的空心球体，纳米硅碳颗粒122涂覆于石墨层121表面，硅粉层123涂嵌于纳米硅碳颗粒122的表面。

纳米硅碳颗粒122的粒径为50至1000nm。上海硅酸盐研究所对有机/无机二氧化硅空心纳米材料做了大量研究，其中有机纳米硅球环保产量高，经碳化后具有良好的性能，纳米硅碳颗粒122的粒径可以为50nm、60nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm等。

纳米硅碳颗粒122的粒径为100至500nm。

硅粉粒径的大小为1至100nm。硅粉经研磨而成，细小的硅粉更容易嵌于纳米硅碳颗粒122之间的空隙中，结合更加紧密，硅粉粒径的大小优选为1-50nm，可以为25nm、30nm、40nm、50nm。

为了使正负极进行更好的匹配，还设有保护膜4，保护膜4设于正极片2和负极片1的表面，可进一步缓解硅在电池的充电和放电过程中的体积变化对电池的损害。保护膜4为六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚物。聚偏二氟乙烯易成膜，热稳定性和化学稳定性高，玻璃化转变温度低，具有较高的介电常数。六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚后，能够破坏聚偏二氟乙烯的分子规整性和对称性，进一步降低聚偏二氟乙烯的玻璃化转变温度和结晶度，提高链段运动能力，以提高锂离子的导电率；另外，由于六氟丙烯与聚偏二氟乙烯共聚物中碳氟键具有极强的电子吸附能力，使该共聚物保护膜4具有较强的抗电化学氧化能力，可以延长电池的使用寿命。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。