[发明专利]锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法及设备

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法，包括以下步骤：将涂布电极片在保护气氛围内多次激光烧蚀出沟槽，在沟槽中填充高容量元素材料粉末后进行激光烧结，获取负载高容量元素材料的涂布电极，组装成电池后测试电池的电化学性能；本发明还包括设备，包括：外壳；激光加工单元，设置于外壳内，包括固定装置、激光照射部、送粉部以及至少一套吸粉部；辅助单元，设置于外壳的外壁上，包括粉末回收装置、泵浦源以及供气部；以及路径控制装置，设置于外壳的工作腔内，包括托台、动作执行部和带人机交互界面的控制器。本发明的有益效果是：在涂布极片中加入多种不同的高容量高性能元素粉末，具有高容量和高导电性的优异性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极生产领域，具体涉及一种锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法及设备。

背景技术

随着新能源汽车在实际应用中对续航里程要求的不断提高，动力电池相关材料也向着提供更高能量密度的方向发展。传统锂离子电池的石墨负极已经无法满足现有需求，高能量密度负极材料(硅碳，硅氧)成为企业追逐的新热点。

在理想状态下，若纯Si在完全嵌锂下，比容量可以达到4200mAh/g，但是也伴随着高达300％的体积膨胀，另外一种硅的氧化物——SiO_X作为负极材料，Si－O键的键能是Si－Si键能的两倍，由于SiO_x首次嵌锂的过程中会生成金属锂氧化物Li_XO，这导致氧化亚硅材料的首次库伦效率仅为70％左右。

近年来经过诸多的技术改进，首次效率也仅仅提高到80％左右，这与石墨材料的94％还有很大的差距，为了缩短差距各研究所、高校、公司等都提出自己的材料改性办法得以让SiO_X材料发挥出高比容量的优势。

一般来说，锂离子电池充放电过程中，会伴随着活性材料的损耗，且是不可逆的。为了保障电池的容量和寿命，就需要把损失的活性材料补回来一些，这种技术目的是补偿活性材料的损耗，延长循环寿命，从而达到减缓衰减的作用。目前企业采用负极补料技术的较多。例如，采用电化学预锂化、直接接触短路法是简单有效的方式，可以有效缓减高容量碳材料、合金负极以及转换材料的不可逆损失，优点是预锂化量精确控制和稳定性好，但对环境的要求高，如无氧、无水、干燥环境等，是大规模应用的难点所在。此外，采用金属锂粉进行预锂化是负极预锂的一种，也是目前商业化最有效、最直接的方法。但是，其对环境的生产环境的要求非常之高，需要研发密闭的混浆设备，避免高速搅拌带来电极材料、导电剂等燃烧的安全隐患，在制程上的风险极大。

发明内容

为了克服锂离子电池负极材料在充放电过程中的活性材料损耗，提高锂离子电池的容量和延长其使用寿命，本发明提供了一种锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法及设备。

本发明所述的锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将涂布电极片置于保护气氛围内激光烧蚀涂布电极片产生沟槽，清理清理沟槽产生粉末；

2)在沟槽中填充高容量元素材料粉末；

3)激光再次对填充在沟槽内的高容量元素材料粉末进行烧结，并回收多余的高容量元素材料粉末；

4)重复步骤2)～3)多次，直至完成整个涂布电极片的高容量元素材料粉末增添，获取负载高容量元素材料的涂布电极；

5)清理涂布电极表面，去除杂质，再将涂布电极切割成规格一致的电极片，将其直接作为锂离子电池负极，并与准备好的电池壳、电解液、隔膜及弹片按照顺序组装、压实制成电池，并浸入电解液中；

6)待电解液充分浸湿电池后，测试电池的电化学性能。