技术领域
[0001] 本实用新型属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种直接在集流体上原位构筑的硅碳负极极片。
相关背景技术
[0002] 随着全球环境污染和能源危机的加剧，清洁、可再生能源的研究与开发成为全球关注的重要主题之一。锂离子电池以其工作电压高、循环寿命长和环境污染小等优势，在便携式设备市场上占据主导地位，并成为电动汽车和大规模储能系统中最有希望的候选者。
[0003] 在众多负极材料中，硅材料由于具有较高的理论比容量，适中的工作电压、含量丰富以及环境友好等特性，被公认为是最有前途的负极材料。但是，目前硅材料仍存在以下两个关键问题限制其发展:(1)硅在合金化/去合金化过程中，伴随着巨大的体积变化(300％～400％)，引起硅材料的破碎、粉化，难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，从而出现硅负极容量的快速衰减和首效低的问题；(2)硅的本征电导率较差，限制了硅负极的倍率性能。
[0004] 为解决上述问题，研究人员围绕抑制硅基材料的体积效应、形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)以及提高其电导率等方面做了大量的研究。传统的电极片是通过湿浆料法制备的，添加粘结剂可以保持活性材料在充放电过程中的结构稳定，以及保证了导电剂和集流体之间良好的电接触。但是这些非活性组分会引发与电解液的副反应，甚至是阻碍电荷的转移，导致循环性能的恶化，同时这些非活性组分还会降低电池的整体能量密度，增加成本。另外在湿法电极制备过程中的辊压过程对电极材料的结构有所破坏。因此，如果能够开发出一种直接在集流体上原位构建自集成的电极材料，会有效的提高电池的首效和循环性能。实用新型内容
[0005] 本实用新型目的在于提出一种直接在集流体上原位构筑的硅碳负极极片，这种原位制备方式能够保证三维石墨烯网络结构的完整性。同时，这种自集成的负极不需要添加导电剂及粘结剂，有效的减少了对容量没有贡献的非活性组分带来的副反应，从而提高了电池整体能量密度和首次库伦效率。
[0006] 为了实现上述实用新型目的，本实用新型采取如下技术方案：
[0007] 一种硅碳负极极片，包括集流体和直接构筑在集流体一侧上的活性材料层，所述活性材料层由若干并排排放的硅基材料通过三维石墨烯包裹组成。
[0008] 本实用新型的进一步技术：
[0009] 所述硅基材料为单质硅、硅/碳复合物、硅氧碳、碳化硅、锂硅合金、硅氧化物中的一种或几种；
[0010] 优选的，所述硅基材料的尺寸为1nm～200μm。
[0011] 所述集流体为连续铜箔、连续涂炭铜箔、镍箔、铜丝编织型铜网、泡沫镍、泡沫铜、碳布、不锈钢片、三维纳米多孔铜箔、三维纳米多孔涂炭铜箔中的一种或几种；
[0012] 优选的，所述集流体的厚度为1～100μm。
[0013] 优选的，所述活性材料层的硅基材料的负载量为0.1％～99.9％。
[0014] 本实用新型还提供一种应用该硅碳负极极片的锂离子电池。
[0015] 本实用新型的有益效果是：
[0016] 本实用新型结构简单，且设计合理，采用不添加额外的粘接剂和导电剂的硅碳活性材料层的活性材料，能够有效的提高锂离子电池的能量密度；通过直接在负极集流体上原位构筑活性材料层，不需要刮取硅基/石墨烯复合材料，从而能够有效的保证石墨烯三维网络结构的完整性，减小了硅基材料的体积变化，有效的避免电极材料粉化，减少锂离子的损耗，从而提高锂离子电池的首效。而且激光诱导的三维石墨烯能够在集流体和活性材料之间产生缓冲作用，尤其在大倍率放电过程中，不容易产生极化现象，解决了硅碳活性材料低电导率的问题，从而全方面的提高锂离子电池的循环和倍率性能，满足了硅碳材料制成的电极极片在锂电池中的实用性。
具体实施方式
[0021] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例而不是全部。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022] 如图1所示，本实用新型提供了一种硅碳负极极片，包括集流体1和直接构筑在集流体一侧上的活性材料层2，所述活性材料层由若干并排排放的硅基材料4通过三维石墨烯包裹3组成。
[0023] 其中硅基为氧化亚硅，尺寸为200nm，集流体为3μm的单面铜箔，氧化亚硅:石墨烯＝10:1(质量比)，活性材料层的厚度为5μm，活性材料层中氧化亚硅的负载量为90.9％。
[0024] 对比例1
[0025] 本对比例按照传统湿法浆料法制备极片的方式制备得到了一种负极极片，具体方案如下：
[0026] 将实施例1中的氧化亚硅/石墨烯活性材料层刮取下来，按照活性材料：Super P(导电剂):PVDF(粘接剂)＝8：1：1混合搅拌7h，均匀的涂覆在单面铜箔，真空干燥，得到的活性材料层厚度为5μm，活性材料层中氧化亚硅的负载量为90.9％。
[0027] 将所得极片裁剪成12mm大小的圆片，每个圆片进行称量，将圆片放入充满氩气的手套箱进行组装。其中电池壳采用的是CR2032型，隔膜是聚丙烯ce l gard2500，对电极采用的是金属锂片，1M L i PF6溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯(体积比1:1)的混合液作为电解质。
[0028] 电池测试的电压范围是0.01‑3V，充放电电流为0.1C、0.25C、0.5C、1C，测试上述所组装的电池首次放电比容量(mAh/g)和首次效率(％)，结果如下：如图2所示，为实施例1和对比例1的首次充放电曲线图，从图中可以看出,实施例1和对比例1在500mA/g的电流密度下的首次充放电容量的衰减率。实施例1和对比例1衰减率分别为14.71％和30.12％，对应的首次库仑效率分别为85.29％和69.88％，由此可见，本实用新型所提供的极片可以有效地提高硅碳负极的首次库伦效率。
[0029] 以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
