[发明专利]一种硅基复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硅基复合电极及其制备方法和应用，硅基复合电极包括铜箔；涂覆于所述铜箔的上下表面的电极浆料；封装材料，所述封装材料包覆在所述电极浆料的表面并渗透于电极浆料的内部；所述电极浆料包括活性材料、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和乙炔黑；活性材料选自SiO_x或石墨烯包覆的SiO_x，所述x取值为0.5～2；所述封装材料包括质量比为0.5～0.8:1的聚氧化乙烯和锂盐。本发明采用上述硅基复合电极作为锂离子电池的负极，能够提高电池的首次库伦效率；具有较高的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电极制备技术领域，尤其涉及一种硅基复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池被广泛应用于手机，笔记本电脑，数码相机等便携电子产品市场，但目前商业化的锂离子电池仍无法满足高功率电动汽车和大规模储能领域不断增长的需求，这推动了对高能量密度的新型负极材料的广泛研究。而随着锂离子电池能量密度的持续提升，传统的石墨负极已经无法满足高比能锂离子电池的设计需求。硅基负极因其较低的电压(0.4V vs.Li/Li⁺)和高理论比容量(4200mAh/g)在锂离子电池负极具有很大应用前景。

然而，硅负极材料的商业化应用还受到一些因素的限制。其中最主要的一个问题是硅在高程度脱嵌锂的过程中伴随着明显的体积变化(对于Li₂₂Si₅合金相约360％)，容易引起硅粒破裂和粉化现象，导致硅颗粒与基底之间发生分离，电池内阻增加、容量迅速下降，循环性能变差。硅负极的粉化现象还影响了表面稳定均一的SEI膜的形成，新SEI膜的持续形成会不断消耗锂离子和电解质，导致容量的迅速衰减。此外，硅负极材料中缓慢的锂扩散动力学(扩散系数10^-14～10^-13cm²/s)和较低的电导率(10^-5～10^-3S/cm)也显著影响了硅负极的倍率性能和容量利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅基复合电极及其制备方法和应用，该硅基复合电极组装的电池具有较高的首次库伦效率。

本发明提供了一种硅基复合电极，包括铜箔；

涂覆于所述铜箔的上下表面的电极浆料；

封装材料，所述封装材料包覆在所述电极浆料的表面并渗透于电极浆料的内部；

所述电极浆料包括活性材料、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和乙炔黑；活性材料选自SiO_x或石墨烯包覆的SiO_x，所述x取值为0.5～2；

所述封装材料包括质量比为0.5～0.8:1的聚氧化乙烯和锂盐。

优选地，所述活性材料、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和乙炔黑的质量比为78～83:2.5～3.5:6～8:8～12。

优选地，所述石墨烯包覆的SiO_x中石墨烯的含量大于0wt％且小于等于30wt％。

优选地，所述活性材料、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳和乙炔黑的质量比为80:3:7:10。

本发明提供了一种上述技术方案所述硅基复合电极的制备方法，包括以下步骤：

将活性材料、羧甲基纤维丝钠、丁苯胶乳和乙炔黑混合，得到电极浆料；

将所述电极浆料涂覆在铜箔上，烘干，得到中间极片；

将质量比为0.5～0.8:1的聚氧化乙烯和锂盐溶解在乙腈中，得到封装材料；将所述封装材料涂布在中间极片的表面，烘干，得到硅基复合电极。

本发明提供了一种锂离子电池，包括硅基负极电极、电解液和正极材料；