[发明专利]一种锂离子电池硅基负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅基负极及其制备方法，包括集流体，粘结在集流体两侧的活性物质层及粘结在活性物质层上的复合锂带；所述复合锂带由金属锂层以及设于金属锂层表面的金属铝粉层复合而成；复合锂带的设置，一方面对充放电过程中锂的大量损失进行了补充，提高了锂电池硅基负极首次库伦效率，另一方面铝层设置在锂层表面，隔绝锂层与空气的接触，起到了保护作用；且铝发生氧化反应，形成氧化铝覆盖在负极片表面，进一步提高了电池的安全性。此外，复合锂带且通过物理碾压的方式制备，在现有的制备工艺上进行简单的改进即可实现，改进成本低，在提高电池能量密度的同时提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料制备领域，尤其涉及一种锂离子电池硅基负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代绿色环保的储能装置，是解决现在环境污染问题和化石能源短缺问题的主要技术。近年来，随着新能源汽车的推广和发展，消费者对汽车的续航里程提出更高的要求，新能源汽车续航里程的提高依赖于电池能量密度的提升。目前，商用锂离子电池能量密度难以满足消费者的需求。

根据现有锂离子电池技术，提升电池能量密度的方法有：(1)选择高容量和高压实密度的正负极材料；(2)提高电池工作电压；(3)减小电池壳体等辅助材料的用量。由于提高电池工作电压和减小电池壳体等辅助材料的用量会降低电池的安全性，增加电池起火、爆炸等安全隐患发生的概率，因此，选择高容量和高压实密度的正负极材料是提升电池能量密度的首选方案。

当前，锂离子电池用的石墨负极材料已经接近其理论克容量，很难大幅度提高，选择新的锂离子电池负极材料极其重要。纯硅基负极材料理论克容量可高达4200mAh/g，氧化硅基负极材料的克容量也可以达到1400mAh/g，远超过石墨负极材料的理论克容量372mAh/g。

但是实际上目前还存在的一个极大问题是含硅负极材料在进行充放电的过程中会损失大量的锂，尤其首次充放电库仑效率就非常低，现有技术中大多是采用在负极材料的活性物质外层设置金属锂带来进行锂的补充，从而提高其电池能量密度，但是金属锂带虽然能够一定程度提高电池首次充放电库伦效率，但是由于金属锂的活性非常高，在生产过程中很容易发生起火甚至爆炸的安全事故，并且直接利用金属锂带进行补充的负极需要在很短的时间进行装配作业，不利于生产调度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种锂离子电池硅基负极及其制备方法，一方面有效提高电池首次库伦效率，提高电池能量密度；另一方面铝层设置在锂层表面，隔绝锂层与空气的接触，起到了保护作用；且铝发生氧化反应，形成氧化铝覆盖在负极片表面，进一步提高了电池的安全性。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种锂离子电池硅基负极，包括集流体，粘结在集流体两侧的活性物质层以及粘结在活性物质层上的复合锂带；所述活性物质层以质量计算包括90-98份的活性物质、0-5份的导电剂、2-5份的粘结剂；所述活性物质为纯硅、硅氧化物、硅碳中的一种或多种混合；所述复合锂带由金属锂层以及设于金属锂层表面的金属铝粉层复合而成；所述复合锂带与活性物质层粘结面为金属锂层；其中金属锂层与金属铝粉层的质量比为0.25:1-4.00:1；所述复合锂带的厚度为2-50μm；所述复合锂带的质量为所述活性物质层质量的0.5％-9.5％。

更为优选的，所述活性物压实密度为1.4-1.75g/cm³。

更为优选的，所述活性物质的克容量为400-800mAh/g。

更为优选的，所述导电剂为导电碳、碳纳米管、导电碳纤维、石墨烯中的一种或多种的混合。

更为优选的，所述粘结剂为CMC和SBR、聚酰亚胺、聚丙烯酸等的一种或多种的混合。

本发明还公开了上述锂离子电池硅基负极的制备方法，包括如下步骤：