[发明专利]一种锂离子电池负极片及其二次电池

说明书

技术领域

    本发明涉及锂离子电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池负极片及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子电器向小型化、高能化、便携化的方向发展，以及油气等天然能源的逐渐短缺，化学电源开始受到人们前所未有的关注。随着科技的进步，人们迫切需要一种高能量密度的电池来适应各种电器的小型化、超薄化发展趋势。硅是目前所发现的具有最高理论储锂容量的负极材料(Li22Si5，4200mAh/g)，其比容量远远高于目前商品化的石墨负极材料(约340mAh/g)。硅的电压平台略高于石墨，在充放电时不会引起表面沉积锂的现象，安全性能优于石墨负极材料; 但硅负极材料在首次充电形成SEI膜的过程中，需要消耗大量的锂，致使电池首次库伦效率低下，影响电池的容量发挥。同时硅负极材料存在严重的体积效应，会导致材料的结构崩塌和电极材料从集流体剥落，从而造成电极的循环性能不稳定。目前国内外克服硅基负极材料的容量衰减、电极粉化都是从硅负极材料本身入手，通过硅的金属合金、硅碳的复合、纳米化特殊结构硅负极材料，如球形结构、核壳结构、多孔结构等等方法来提高。

中国专利CN101777641A公开了一种锂电池负极片及制备方法改善了石墨负极片的结构，增强了安全性能，但局限于石墨材料作为负极，没有从根本上解决负极材料的容量问题。中国专利CN102315425A公开了一种锂电池负极片的制作方法，对石墨负极进行了不同的排列从而节约材料，但是依然局限于石墨材料作为负极，无法解决石墨材料作为负极的容量限制问题。文献《大阪钛业科技生产高性能锂电池负极材料SiO》（无机盐工业，Inorganic Chemicals Industry，2013）测试了硅基负极材料相对于石墨负极材料的性能优化，但是没有应用于实际生产，尚处于实验室理论阶段。文献《锂离子电池硅负极材料衰退机理的研究进展》（马增胜，周益春，刘军，力学进展，2013）聚焦了硅基负极材料的性能研究，从理论上预测了硅基负极材料的退化效益，同时也肯定了硅基负极材料的优越性，但是将其运用于实际生产的经验却没有。中国专利CN101228652A公开了一种锂离子二次电池用负极、其制造方法以及使用该负极的锂离子二次电池，提出了负极硅基极片在初次充放电后会氧化从而导致产生裂纹，因此采用了层上蒸镀锂，但是对于电池容量和循环性能没有太大的改善。

 

发明内容

为解决负极材料在储锂容量提高的同时增强锂电池的充放电性能及安全性能，我们提出了一种锂离子电池负极片及其制备方法，改善了电池容量和循环性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供一种锂离子电池负极片，所述锂离子电池负极片，包括集流体和硅基负极材料。在传统工艺上增加了一层镀锂层，在初次充放电后，通过镀锂层与负极材料进行反应，从而修复被氧化的硅，保证电池的循环性能和电池容量。上述锂离子电池负极片的集流体为铜箔，且其厚度为6-20μm。上述锂离子电池硅基负极材料由质量百分比为70-95%负极活性物质，1-20%导电剂，1-10%粘结剂和0.2-5%的锂层组成；上述负极活性物质选用硅碳复合材料；上述导电剂选用导电炭黑、超导碳、导电石墨、鳞片石墨、碳纳米管中的一种或几种；上述粘结剂选用羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶粘结剂中的一种或几种混合物。上述锂离子电池硅基负极材料克容量达450mAh/g以上。

上述锂离子电池镀锂层选用高纯锂靶材，纯度大于99.95%。高纯度锂更易和氧化硅反应修复负极片。

本发明的一种锂离子电池负极片的制备方法包括如下步骤：

（1）   选用所述集流体和所述硅基负极材料制作的硅基基体极片作为基片；

集流体上涂布一层硅基负极材料，上述硅基负极材料的制备方法是，将1-10重量份的羧甲基纤维素钠加入80-100重量份的去离子水中，搅拌2-24小时后加入1-20重量份的导电剂，搅拌1-3小时，然后分两次等量共加入70-96重量份的硅基负极活性物质进行搅拌，两次加入操作间隔30min，搅拌2-4小时后再加入1-10重量份的丁苯橡胶溶液，浆料粘度调整在800-6000cps之间，得硅基负极材料浆料。上述在集流体上涂布硅基负极材料的方法是，预留极耳位置，将制得的硅基负极材料浆料均匀涂覆在集流体上，涂布面密度为60-300g/m²，涂布烘烤温度为60-110℃，压实密度为：1.0-2.2g/cm³,碾压后极片进行冲片，极片于60-120℃的烘箱中烘烤6-15小时，分切后作为基片；