本技术涉及电池结构设计，具体涉及一种高比能高安全负极极片结构及电池。
背景技术：
1、在传统的石墨负极比容量的潜力已经得到充分挖掘的情况下，通过使用硅基负极材料来提高电池容量成为当前解决能量密度问题的重要措施之一。与石墨负极相比，硅基负极具有很多优势：理论比容量更高；安全性更好；资源丰富，环境友好。
2、同时硅基负极在商业应用上也存在一些局限性，一是体积变化明显，循环性能较差。较石墨而言，硅在高程度脱嵌锂过程中伴随着明显的体积变化，致使电池循环性能较差，寿命较短。与石墨的插层机理不同，硅晶体呈现共价四面体的三维体相结构，通过与锂形成li-si合金的形式进行充放电，li-si合金的体积膨胀率可达300％，强大的应力将造成硅颗粒的破碎，从而从电极片上脱落。二是sei膜不稳定，使用寿命较短。sei膜可以有效地阻止电池副反应的发生，而硅负极表面的sei膜会随着硅体积的变化而破裂，新暴露在表面的硅在充放电过程中会继续生成新的sei膜，持续生长的sei膜会不断地消耗来自正极的锂和电解液，最终导致电池的内阻增加和容量的迅速衰减。三是首效较低。这是由于硅基自身巨大的体积膨胀导致在合金化过程中电极材料粉化，使得大量li+随着电极材料一起流失，造成严重的不可逆的li+消耗。四是导电性较差。硅在常温下的电导率较低，导致电子在硅体相中的传输和锂离子的扩散受阻，使硅负极的动力性能受到影响。
3、目前解决上述问题的主流方案都是将硅氧或硅碳等与石墨等碳材料复配制成包覆结构，来减少硅的体积膨胀效应以及提高首效，这些方案仅从材料角度进行了优化，很少考虑负极极片的结构构造对体积效应的影响与优化。
技术实现思路
1、本实用新型提供一种高比能高安全负极极片结构，自集流体至少一侧向外，依次包括石墨层、硅基活性层、泡沫镍层、固态电解质层和金属锂箔层。
2、在一些实施方式中，所述集流体选自单一金属集流体或复合集流体。单一金属集流体选自铜箔集流体，钛箔集流体，银箔集流体中的一种。复合集流体选自涂炭铜箔、pi复合铜箔、pp复合铜箔或pet复合铜箔中的一种。
3、在一些实施方式中，所述石墨层材料选自人造石墨或天然石墨。
4、在一些实施方式中，所述石墨层厚度为10-150μm。优选地，所述石墨层厚度为10-50μm。
5、在一些实施方式中，所述硅基活性层材料选自氧化亚硅、硅碳、纳米硅、硅合金中的一种。
6、在一些实施方式中，所述硅基活性层厚度为5-150μm。优选地，所属硅基活性层厚度为5-50μm。
7、在一些实施方式中，所述泡沫镍层材料具有高比表面积、低密度、高孔隙度的特点，孔隙率高达60％～98％。
8、在一些实施方式中，所述泡沫镍层厚度为0.05-15mm。
9、在一些实施方式中，所述固态电解质选自聚合物电解质或氧化物电解质。其中聚合物电解质选自聚氧化乙烯(peo)、聚丙烯腈(pan)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚偏氟乙烯(pvdf)中的一种。氧化物电解质选自锂磷氧氮(lipon)、磷酸钛铝锂(latp)、锂镧钛氧(llto)、锂镧锆氧(llzo)中的一种。
10、在一些实施方式中，所述固态电解质层厚度为1-20μm。
11、在一些实施方式中，所述金属锂箔层可以作为负极预锂化的锂源，厚度为1-10μm。
12、本实用新型还提供一种电池，包括上述负极极片结构，还包括对电极锂片、正极壳体和负极壳体。
13、本实用新型具有如下有益效果：
14、首先将石墨层和硅基活性层分开涂布，避免硅负极膨胀时与集流体脱落掉粉导致活性材料失活，同时将石墨层置于底层，增加了与集流体的连接稳定性。泡沫镍作为导锂通道，可以促进锂向硅基活性层和石墨层均匀嵌入沉积，抑制锂枝晶形成，并且由于泡沫镍硬度高、孔隙率大的特点，不仅能抑制硅负极膨胀，还可以增加电池电解质的吸附量，同时，泡沫镍的导电性能可以提高电池的电子传导率。固态电解质层不仅能增加锂离子传输，还能隔绝硅负极与金属锂的直接接触，避免预锂化过程产热及无机sei膜形成；同时能在负极表面形成电子绝缘层，在热失控隔膜失效时能起到足够的保护作用。金属锂箔层在注液后能对高硅负极体系进行补锂，弥补硅负极首效损失，提升体系能量密度及循环性能。
15、在制备过程中，固态电解质层的至少一部分会进入泡沫镍中形成固态电解质-泡沫镍交叠渗透层，提升层间结合力，使层结构更稳定。同时利用固态电解质-泡沫镍构建的电子和离子传输通道，可以调控金属锂向负极活性材料嵌入的均匀性。在充放电过程中，泡沫镍的多孔结构可以大量吸附电解液，电解液中的碳酸盐等活性物质容易吸附在泡沫镍的表面，形成锂离子传输通道，提高锂离子传导率。各层厚度的优化限定设计有利于在维持层间隔离稳定以及支撑稳定的同时，保证各层对锂离子传输和容纳能力的匹配，防止层间因锂离子容纳能力失衡导致的容量降低以及锂离子堆积析出等问题。
1.一种高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述高比能高安全负极极片结构自集流体至少一侧向外，依次包括石墨层、硅基活性层、泡沫镍层、固态电解质层和金属锂箔层。
2.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，依次设置的所述石墨层、硅基活性层、泡沫镍层、固态电解质层和金属锂箔层分别设置于集流体两侧。
3.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述集流体选自单一金属集流体或复合集流体；单一金属集流体选自铜箔集流体，钛箔集流体，银箔集流体中的一种；复合集流体选自涂炭铜箔、pi复合铜箔、pp复合铜箔或pet复合铜箔中的一种。
4.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述石墨层材料选自人造石墨或天然石墨；厚度为10-150μm。
5.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述石墨层厚度为10-50μm。
6.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述硅基活性层材料选自氧化亚硅、硅碳、纳米硅、硅合金中的一种；厚度为5-150μm。
7.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述硅基活性层厚度为5-50μm。
8.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述泡沫镍层材料孔隙率60％～98％；厚度为0.05-15mm。
9.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述固态电解质选自聚合物电解质或氧化物电解质；厚度为1-20μm。
10.根据权利要求9所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述聚合物电解质选自聚氧化乙烯(peo)、聚丙烯腈(pan)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚偏氟乙烯(pvdf)中的一种；所述氧化物电解质选自锂磷氧氮(lipon)、磷酸钛铝锂(latp)、锂镧钛氧(llto)、锂镧锆氧(llzo)中的一种。
11.根据权利要求1所述的高比能高安全负极极片结构，其特征在于，所述金属锂箔层厚度为1-10μm。
12.一种电池，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的负极极片结构。
