[發明專利]一種含有硅碳材料負極片的鋰離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710655084.6
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107331888A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 李小兵;胡澤林;文一波
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/62;H01M10/058
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙)43217
• 代理人: 李大為

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體地說，涉及一種含有硅碳材料負極片的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

過去二十年中，鋰離子電池在3C領域內的應用獲得了巨大成功，并被認為是電動汽車和大型儲能設備電池系統的重要選擇。針對電動汽車和大型儲能設備對能量、功率密度、安全性、使用壽命和成本等方面的更高需求，圍繞高比能鋰離子電池關鍵材料(高比容量負極以及高比容量/電壓正極)和高性能體系(電解液、添加劑、隔膜以及新型粘結劑)的基礎研究和開發已經成為國內外前沿研究熱點。

作為合金化儲鋰機制類材料中最典型的代表，硅材料因其理論容量高(4200mAh/g)、脫/嵌鋰電位低、放電平臺長且穩定、安全性高以及環境友好等優勢，受到獨特的研究和關注，被認為是商業化碳材料最具前景的替代材料。2011年美國能源部在未來十年高比能鋰電池的發展規劃中，已將高比容量硅基材料的開發列為未來的研究重點。然而，硅也存在電子導電性差和體積效應劇烈(大于300％)的瓶頸問題，循環性能很差。為進一步提高硅基負極的循環穩定性，相關研究主要側重于通過形貌和結構的設計降低嵌/脫鋰過程中的絕對體積變化，同時利用硅與金屬、非金屬和碳(無定形碳、石墨和石墨烯等)材料的復合制備硅碳復合材料，在緩解體積效應的同時還可以起到隔離硅與電解液的作用，在一定程度上緩解因SEI膜動態變化和持續生長而導致的容量損失。近年來，硅碳復合負極材料已展現出良好的電化學性能，如美國特斯拉和日本日立已開始采用高比容量的硅碳復合材料取代傳統石墨負極，與三元正極或者高壓Ni基材料相匹配，應用在動力電池領域以進一步提高電動車的續航里程。

鋰離子電池與傳統的二次電池相比具有開路電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染和自放電小等優點，應用越來越廣泛。由于便攜式電子設備和電動汽車的快速發展和廣泛應用，對于高比能量、長循環壽命、快速充放電的鋰離子電池的需求十分迫切。目前商用的鋰離子電池負極材料為碳類負極材料，但它的理論容量僅為372mAh/g，并且已開發接近理論值。已不能適應目前各種便攜式電子設備的小型化發展和電動汽車對大容量高功率化學電源的廣泛需求。

隨著新能源汽車的推廣普及，人們對動力電池的能量密度要求越來越高。傳統的石墨負極由于其克容量較低(360mAh/g)，已難以滿足動力電池未來發展的需要。硅的理論克容量高達4200mAh/g，是目前最有希望取代石墨應用于鋰離子動力電池的負極材料。然而，硅基負極在充放電過充中，體積膨脹率達到300％，導致活性物質與集流體接觸不好，甚至從集流體上脫落，同時，由于硅本身的導電性不好，與集流體的接觸電阻較大，容易導致電池極化大，溫升高，影響電池的循環性能。

有鑒于此特提出本發明。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種含有硅碳材料負極片的鋰離子電池及其制備方法，通過在負極片上的集流體和硅碳負極材料之間增加一層導電碳涂層，提高硅碳負極與集流體的附著力，降低極片接觸電阻，主要解決硅碳負極材料在充放電過程中由于體積變化大導致循環性能差的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是：

本發明一方面提供一種含有硅碳材料負極片的鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液和外殼，所述正極片包括鋁箔和分布在鋁箔上的正極活性物質，所述負極片為硅碳材料負極片，所述硅碳材料負極片含有導電碳涂層，所述導電碳涂層位于集流體層和活性物質層之間，所述隔膜為聚烯烴隔膜、陶瓷涂覆隔膜、無紡布隔膜中的一種，所述的電解液為六氟磷酸鋰的有機溶液，所述的外殼為鋼殼、鋁殼、塑料殼或者鋁塑膜中的一種。

進一步地，所述導電碳涂層的厚度為0～2微米。

進一步地，所述導電碳涂層包括85％～95％的導電碳，2％～8％的羧甲基纖維素鈉和3％～10％的粘結劑，所述導電碳涂層為碳納米管、導電炭黑、導電石墨、乙炔黑、VGCF、石墨烯中的一種或幾種混合物。

進一步地，所述粘結劑為丁苯橡膠、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、丙烯腈多元共聚物中的一種。

本發明另一方面提供一種含有硅碳材料負極片的鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：提供正極片；