[发明专利]预锂化硅负极材料及硅负极极片及其制备方法以及锂电池

说明书

本发明提供一种预锂化硅负极材料及硅负极极片及其制备方法以及锂电池，所述预锂化硅负极材料包括硅负极材料和与所述硅负极材料复合的含锂聚合物；其中，所述含锂聚合物包括如下述式1所示的聚合物：其中，x为1‑12，R1为：或y为1‑4；或或采用该预锂化硅负极材料能够提高锂电池的首次库仑效率等性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种预锂化硅负极材料及硅负极极片及其制备方法以及锂电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点而得到迅速发展，并广泛应用于电子产品和电动汽车领域。锂离子电池负极材料主要有合金类、碳基、Li₄Ti₅O₁₂及过渡金属化合物类材料，其中碳基石墨负极材料最为常用，但是该材料比容量较低(372mAh/g)、不可逆容量损失较大，致使锂离子电池难以满足对使用性能的要求，发展空间难以有所突破。硅比容量较高(4200mAh/g)且资源丰富，其有望取代石墨成为电池最有希望的负极材料之一(可参见文献Nanoscale,2016,8(1):74-103)，已成为目前的研究热点。然而，硅在脱锂/嵌锂过程中有较大的体积膨胀(300％)和巨大的容量衰减，直接导致固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定，而稳定的SEI膜是延长电池循环寿命的主要因素，且锂离子电池在充放电过程中SEI膜的形成与破坏会持续不断地消耗锂离子，从而导致锂离子电池的首次库仑效率低和循环寿命短(可参见文献Journal of the American ChemicalSociety,2016,138(25):7918-7931)。

针对上述问题，目前最有效的解决方法就是运用预锂化技术，在电极正式充放电循环之前预先加入少量锂源以平衡反应中过量消耗的锂，补充副反应和SEI膜形成过程中阴极锂的消耗，以提高首次库仑效率，延长电池循环寿命，并在一定程度上缓解体积膨胀，改善锂离子电池的稳定性等综合性能(可参见文献Advanced Energy Materials,2017,7(17):1602607)。目前最常用的预锂方法有采用锂粉或金属锂带预锂、电化学预锂、机械预锂等，然而这些方法普遍存在着安全性差、操作复杂等缺点，因此，研发新型高效、安全的预锂材料及方法，提高锂离子电池的循环性和稳定性等性能，仍然是本领域技术人员所面临的重要课题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种预锂化硅负极材料，将该材料作为硅负极的活性材料，能够实现对硅负极的高效、安全预锂，改善硅负极的循环性能，提高电池的首次充放电效率，同时提高锂离子电池的循环性和稳定性等综合性能。

本发明还提供一种硅负极极片，采用上述预锂化硅负极材料形成，能在负极表面形成稳定的膜，并可减少硅负极极片因循环过程中的副反应导致的SEI膜过快增厚，同时可缓解硅负极的体积膨胀，有利于形成稳定的固体电解质界面，延长电池的循环寿命。

本发明还提供上述预锂化硅负极材料及硅负极极片的制备方法，能够制得上述预锂化硅负极材料及硅负极极片，方法简单且安全高效。

本发明还提供一种锂离子电池，其具有良好的的首次库伦效率及电池容量保持率等品质。

本发明的一方面，提供一种预锂化硅负极材料，包括硅负极材料和与所述硅负极材料复合的含锂聚合物；其中，含锂聚合物包括如下述式1所示的聚合物：

其中，x为1-12，R1为：y为1-4；或

上述R1的结构式中，波浪线位置(左边)为连接的聚合物。