一種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子動力電池硅負(fù)極極 片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動力電池具有電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，自放電小，無記憶效應(yīng)，工 作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。目前鋰離子電池主要以石墨材料作為電池負(fù)極。石墨材料理論容 量為372mAh/g，慢慢不能滿足市場對高容量密度電池的要求。硅系列負(fù)極材料由于容量 彡1000mAh/g，已經(jīng)引起人們的重視。但是硅系列負(fù)極材料的首次庫倫效率只有60-85%， 影響電池的能量密度。因此為了進(jìn)一步提高電池能量密度，需要進(jìn)一步提高電池的首次庫 倫效率。
[0003] 申請公布號CN103199217A，申請公布日2013. 07. 10的中國專利公開了一種鋰離 子電池的富鋰極片及其制備方法，所述富鋰極片包括：集流體；膜片，含有活性材料且形成 在集流體上，膜片和集流體形成初始極片；多孔鋰片，覆蓋在膜片上且多孔鋰片的容量與為 陽極補(bǔ)鋰的容量匹配。所述制備方法包括步驟：由活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘接劑以及溶劑制 得漿料然后涂覆在集流體上、烘干，得到初始極片，涂覆在集流體上的漿料在烘干后成為膜 片；將金屬鋰片打孔得到多孔鋰片，以使多孔鋰片的容量與為陽極補(bǔ)鋰的容量匹配；將多 孔鋰片覆蓋于初始極片的膜片表面，得到鋰離子電池的富鋰極片。其不足之處在于，該富鋰 極片通過在硅材料表面覆蓋多孔鋰片以提高首次效率，由于現(xiàn)有工藝無法生產(chǎn)厚度較薄的 金屬鋰片，導(dǎo)致電芯厚度較大，造成電池體積較大，限制其應(yīng)用，另外，需要在金屬鋰片上打 孔，操作繁瑣，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，而且在打孔過程中，金屬鋰片上易附著上雜質(zhì)，影響電池 性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的硅負(fù)極極片首次庫倫效率低的問題，提供了一種能 提高電池首次庫倫效率，改善電池循環(huán)性能的鋰離子動力電池硅負(fù)極極片。
[0005] 本發(fā)明還提供了一種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片的制備方法，該方法工藝簡單， 可操作性強(qiáng)，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體表面的 負(fù)極材料，所述負(fù)極材料表面鍍有鋰層，所述負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：1~ 3 %導(dǎo)電劑，4~8%粘結(jié)劑，90~95 %負(fù)極活性物質(zhì)，各組分質(zhì)量百分比之和為100 %，其 中，負(fù)極活性物質(zhì)由硅基材料與石墨材料按質(zhì)量比1:19~9:11混合而成，鋰層的容量為負(fù) 極活性物質(zhì)容量的5~70%。本發(fā)明在負(fù)極材料表面鍍上鋰層以有效提高電池的首次庫倫 效率，從而較大幅度地提高鋰離子電池的能量密度，保證鋰離子電池具有更好的電化學(xué)性 能，并對負(fù)極材料配方進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，大大改善了電池的電化學(xué)性能，同時(shí)嚴(yán)格控制鋰層 的容量以避免出現(xiàn)補(bǔ)鋰過量、電芯出現(xiàn)析鋰等問題。
[0008] 作為優(yōu)選，所述負(fù)極集流體為銅箔。
[0009] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑SP和/或氣相生長碳纖維。
[0010] 作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。
[0011] 作為優(yōu)選，所述硅基材料為納米硅、一氧化硅或硅/碳復(fù)合材料。
[0012] 作為優(yōu)選，所述石墨材料為人造石墨、天然石墨、軟碳和硬碳中的一種或多種。
[0013] -種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片的制備方法，包括以下步驟：
[0014] (1)制作負(fù)極初始極片：先按上述配比稱取導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)，再將 各組分混合均勻后加入質(zhì)量為導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量1. 3~1. 4倍的N-甲 基吡咯烷酮攪拌均勻，得漿料，最后將漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水 后，得負(fù)極初始極片。
[0015] (2)制作負(fù)極富鋰極片：將負(fù)極初始極片置于氯化鋰有機(jī)溶液中進(jìn)行電解鍍鋰， 有機(jī)溶劑為無水乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. 1~I. 8mol/L，電解時(shí)，環(huán)境 溫度為23~30°C，環(huán)境露點(diǎn)彡-40°C，以碳棒作為陽極，負(fù)極初始極片作為陰極，電解電流 為1~5mA/cm 2,通過電解時(shí)間以控制沉積在極片上鋰的含量，電解完成后對極片進(jìn)行真空 烘烤，即得負(fù)極富鋰極片。在電解過程中，回收產(chǎn)生的氯氣，負(fù)極初始極片的極耳不能浸泡 在反應(yīng)液中，通過電解時(shí)間以控制沉積在極片上鋰的含量。
[0016] 作為優(yōu)選，真空烘烤的條件為：真空度彡_99Kpa，溫度100~135°C，烘烤時(shí)間1~ 4h〇
[0017] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] (1)在負(fù)極材料表面通過電解鍍上鋰層，鋰層厚度均勻，能有效提高電池的首次庫 倫效率，從而較大幅度地提高鋰離子電池的能量密度，保證鋰離子電池具有更好的電化學(xué) 性能；
[0019] (2)對負(fù)極材料配方進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以改善電池的電化學(xué)性能；
[0020] (3)方法工藝簡單，可操作性強(qiáng)，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體表面的 負(fù)極材料，負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極材料表面鍍有鋰層，負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分 組成：1 %導(dǎo)電劑，4%粘結(jié)劑，95 %負(fù)極活性物質(zhì)，其中，負(fù)極活性物質(zhì)由硅基材料與石墨材 料按質(zhì)量比1:19混合而成，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑SP，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，硅基材料為納米 單質(zhì)硅，石墨材料為軟碳，鋰層的容量為負(fù)極活性物質(zhì)容量的5% ;
[0024] 該鋰離子動力電池硅負(fù)極極片通過以下方法制備：
[0025] (1)制作負(fù)極初始極片：先按上述配比稱取導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)，再將 各組分混合均勻后加入質(zhì)量為導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量1. 3倍的N-甲基吡咯 烷酮攪拌均勻，得漿料，最后將漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水后，得 負(fù)極初始極片；
[0026] (2)將負(fù)極初始極片置于氯化鋰有機(jī)溶液中進(jìn)行電解鍍鋰，有機(jī)溶劑為無水乙 醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. lmol/L，電解時(shí)，環(huán)境溫度為23°C，環(huán)境露點(diǎn) 彡-40°C，以碳棒作為陽極，負(fù)極初始極片作為陰極，電解電流為ImA/cm 2,通過電解時(shí)間以 控制沉積在極片上鋰的含量，電解完成后對極片進(jìn)行真空烘烤，即得負(fù)極富鋰極片，真空烘 烤的條件為：真空度< _99Kpa，溫度100°C，烘烤時(shí)間4h。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] -種鋰離子動力電池硅負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體以及涂覆在負(fù)極集流體表面的 負(fù)極材料，負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極材料表面鍍有鋰層，負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分 組成：2%導(dǎo)電劑，8 %粘結(jié)劑，90 %負(fù)極活性物質(zhì)，各組分質(zhì)量百分比之和為100%，其中， 負(fù)極活性物質(zhì)由硅基材料與石墨材料按質(zhì)量比1:2混合而成，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑SP和氣相 生長碳纖維（質(zhì)量比1 :1)，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯，硅基材料為一氧化硅，石墨材料為人造石 墨和軟碳（質(zhì)量比2 :1)，鋰層的容量為負(fù)極活性物質(zhì)容量的45% ;
[0029] 該鋰離子動力電池硅負(fù)極極片通過以下方法制備：
[0030] (1)制作負(fù)極初始極片：先按上述配比稱取導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)，再將 各組分混合均勻后加入質(zhì)量為導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及負(fù)極活性物質(zhì)總質(zhì)量1. 38倍的N-甲基吡 咯烷酮攪拌均勻，得漿料，最后將漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水后， 得負(fù)極初始極片；
[0031] (2)將負(fù)極初始極片置于氯化鋰有機(jī)溶液中進(jìn)行電解鍍鋰，有機(jī)溶劑為無水乙 醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. 8mol/L，電解時(shí)，環(huán)境溫度為25°C，環(huán)境露點(diǎn) 彡-40°C，以碳棒作為陽極，負(fù)極初始極片作為陰極，電解電流為1~5mA/cm