一種鋰離子動力電池硅負極極片及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術領域，尤其是涉及一種鋰離子動力電池硅負極極 片及其制備方法。
【背景技術】
[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，工 作溫度范圍寬等優(yōu)點。目前鋰離子電池主要以石墨材料作為電池負極。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。因此為了進一步提高電池能量密度，需要進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 陽極補鋰的容量匹配。所述制備方法包括步驟：由活性物質與導電劑、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，導致電芯厚度較大，造成電池體積較大，限制其應用，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，影響電池 性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術的硅負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極極片。
[0005] 本發(fā)明還提供了一種鋰離子動力電池硅負極極片的制備方法，該方法工藝簡單， 可操作性強，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0007] -種鋰離子動力電池硅負極極片，包括負極集流體以及涂覆在負極集流體表面的 負極材料，所述負極材料表面鍍有鋰層，所述負極材料由以下質量百分比的組分組成：1~ 3 %導電劑，4~8%粘結劑，90~95 %負極活性物質，各組分質量百分比之和為100 %，其 中，負極活性物質由硅基材料與石墨材料按質量比1:19~9:11混合而成，鋰層的容量為負 極活性物質容量的5~70%。本發(fā)明在負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性 能，并對負極材料配方進行了優(yōu)化改進，大大改善了電池的電化學性能，同時嚴格控制鋰層 的容量以避免出現(xiàn)補鋰過量、電芯出現(xiàn)析鋰等問題。
[0008] 作為優(yōu)選，所述負極集流體為銅箔。
[0009] 作為優(yōu)選，所述導電劑為導電炭黑SP和/或氣相生長碳纖維。
[0010] 作為優(yōu)選，所述粘結劑為聚偏氟乙烯。
[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極極片的制備方法，包括以下步驟：
[0014] (1)制作負極初始極片：先按上述配比稱取導電劑、粘結劑及負極活性物質，再將 各組分混合均勻后加入質量為導電劑、粘結劑及負極活性物質總質量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極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水 后，得負極初始極片。
[0015] (2)制作負極富鋰極片：將負極初始極片置于氯化鋰有機溶液中進行電解鍍鋰， 有機溶劑為無水乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. 1~I. 8mol/L，電解時，環(huán)境 溫度為23~30°C，環(huán)境露點彡-40°C，以碳棒作為陽極，負極初始極片作為陰極，電解電流 為1~5mA/cm 2,通過電解時間以控制沉積在極片上鋰的含量，電解完成后對極片進行真空 烘烤，即得負極富鋰極片。在電解過程中，回收產(chǎn)生的氯氣，負極初始極片的極耳不能浸泡 在反應液中，通過電解時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，烘烤時間1~ 4h〇
[0017] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] (1)在負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 性能；
[0019] (2)對負極材料配方進行了優(yōu)化改進，以改善電池的電化學性能；
[0020] (3)方法工藝簡單，可操作性強，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0021] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述。
[0022] 實施例1
[0023] -種鋰離子動力電池硅負極極片，包括負極集流體以及涂覆在負極集流體表面的 負極材料，負極集流體為銅箔，負極材料表面鍍有鋰層，負極材料由以下質量百分比的組分 組成：1 %導電劑，4%粘結劑，95 %負極活性物質，其中，負極活性物質由硅基材料與石墨材 料按質量比1:19混合而成，導電劑為導電炭黑SP，粘結劑為聚偏氟乙烯，硅基材料為納米 單質硅，石墨材料為軟碳，鋰層的容量為負極活性物質容量的5% ;
[0024] 該鋰離子動力電池硅負極極片通過以下方法制備：
[0025] (1)制作負極初始極片：先按上述配比稱取導電劑、粘結劑及負極活性物質，再將 各組分混合均勻后加入質量為導電劑、粘結劑及負極活性物質總質量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極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水后，得 負極初始極片；
[0026] (2)將負極初始極片置于氯化鋰有機溶液中進行電解鍍鋰，有機溶劑為無水乙 醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. lmol/L，電解時，環(huán)境溫度為23°C，環(huán)境露點 彡-40°C，以碳棒作為陽極，負極初始極片作為陰極，電解電流為ImA/cm 2,通過電解時間以 控制沉積在極片上鋰的含量，電解完成后對極片進行真空烘烤，即得負極富鋰極片，真空烘 烤的條件為：真空度< _99Kpa，溫度100°C，烘烤時間4h。
[0027] 實施例2
[0028] -種鋰離子動力電池硅負極極片，包括負極集流體以及涂覆在負極集流體表面的 負極材料，負極集流體為銅箔，負極材料表面鍍有鋰層，負極材料由以下質量百分比的組分 組成：2%導電劑，8 %粘結劑，90 %負極活性物質，各組分質量百分比之和為100%，其中， 負極活性物質由硅基材料與石墨材料按質量比1:2混合而成，導電劑為導電炭黑SP和氣相 生長碳纖維（質量比1 :1)，粘結劑為聚偏氟乙烯，硅基材料為一氧化硅，石墨材料為人造石 墨和軟碳（質量比2 :1)，鋰層的容量為負極活性物質容量的45% ;
[0029] 該鋰離子動力電池硅負極極片通過以下方法制備：
[0030] (1)制作負極初始極片：先按上述配比稱取導電劑、粘結劑及負極活性物質，再將 各組分混合均勻后加入質量為導電劑、粘結劑及負極活性物質總質量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極集流體表面，經(jīng)干燥、碾壓、除水后， 得負極初始極片；
[0031] (2)將負極初始極片置于氯化鋰有機溶液中進行電解鍍鋰，有機溶劑為無水乙 醇、乙腈或碳酸丙烯酯，氯化鋰的濃度為0. 8mol/L，電解時，環(huán)境溫度為25°C，環(huán)境露點 彡-40°C，以碳棒作為陽極，負極初始極片作為陰極，電解電流為1~5mA/cm