[發(fā)明專利]一種鋰電池硬碳負(fù)極的表面處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711277081.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN108110232B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;廖健淞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/205
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本發(fā)明提供一種鋰電池硬碳負(fù)極的表面處理方法。將有機(jī)短鏈糖類石墨化形成硬碳，然后配制電泳液，采用電泳工藝處理硬碳負(fù)極材料，在其表面先生成一層均勻致密的SEI層，硼、氮摻雜抑制類SEI膜表面的團(tuán)聚，提高表面均勻度和致密度，降低首次循環(huán)中的鋰損失，同時(shí)可以抑制電解液對(duì)負(fù)極活性材料的腐蝕，降低內(nèi)部阻抗和界面阻抗。硼、氮共滲分別替位其中的C、O，引入大量空位缺陷，降低鋰離子的嵌入勢(shì)壘，從而提高鋰離子在負(fù)極材料中的遷移率。在首次充放電過程中不再生成SEI層，避免正極材料和電解液犧牲帶來的容量損失，提高了倍率充放電性能，提高了循環(huán)穩(wěn)定性，對(duì)鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域和能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池硬碳負(fù)極的表面處理方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、無污染、無記憶效應(yīng)和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等便攜式電器裝置，同時(shí)作為石油的替代能源在電動(dòng)車以及混合動(dòng)力車上也將大規(guī)模的應(yīng)用。硅負(fù)極具有較大的儲(chǔ)鋰容量，及其在地球中的豐富含量，為鋰離子電池的理想負(fù)極材料。

在鋰離子電池的首次充放電過程中，鋰離子與溶劑(EC/DMC)、痕量水、HF等在負(fù)極材料石墨表面形成的一層鈍化膜，一層包含高分子與無機(jī)鹽的多空層，極為SEI膜，全稱solid electrolyte interface，固體電解質(zhì)界面(膜)。SEI是Li+的優(yōu)良導(dǎo)體，能夠讓鋰離子在其中進(jìn)行傳輸，進(jìn)入到石墨表面，進(jìn)行脫嵌鋰工作。同時(shí)又是良好的電子絕緣體，能夠有效的降低內(nèi)部的短路概率，改善自放電。更為重要的是，SEI能有效效防止溶劑分子的共嵌入，避免了因溶劑分子共嵌入對(duì)電極材料造成的破壞，因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。

但是，SEI在形成過程中消耗了部分鋰離子，使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率。在循環(huán)過程中，SEI不斷的增長(zhǎng)，消耗電解液，會(huì)造成容量的加速衰減。鋰離子電池在使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生外部短路等意外情況，電池受到大電流的沖擊產(chǎn)生過熱，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患。在高溫條件下，負(fù)極表面SEI膜最先發(fā)生分解，產(chǎn)生的熱量會(huì)進(jìn)一步引發(fā)后續(xù)的一系列放熱反應(yīng)。持續(xù)的熱量累積如不能及時(shí)排出，將引發(fā)電池發(fā)生燃燒或者爆炸等安全問題。同時(shí)，由于SEI膜在循環(huán)過程中的不斷分解修復(fù)，導(dǎo)致電芯循環(huán)性能的下降。

針對(duì)SEI膜進(jìn)行一系列研究，專利CN201610509075.1，提高鋰電池首次充放電效率的方法及鋰電池負(fù)極，涉及提高鋰電池首次充放電效率的方法，準(zhǔn)備負(fù)極物料，向負(fù)極物料中加入鋰源化合物，所添加的鋰源化合物的質(zhì)量為所有物料總質(zhì)量的0.1%~10%；將負(fù)極物料和鋰源化合物攪拌均勻形成漿料；將攪拌好的漿料涂布到集流體上，經(jīng)烘烤得到負(fù)極片；將負(fù)極片與正極片匹配卷繞、封裝注液陳化后，得到鋰電芯。該發(fā)明通過在負(fù)極中添加合適鋰源，以彌補(bǔ)形成SEI膜過程中鋰離子的損失，從而提高鋰離子電池的首次充放電效率和鋰電池的可逆容量。專利201210521561.7，鋰電池負(fù)極及其制備方法、鋰電池與應(yīng)用,公開了一種鋰電池負(fù)極及其制備方 法、鋰電池及其應(yīng)用。該鋰電池負(fù)極包括集流體、 結(jié)合在集流體表面的負(fù)極活性材料層和結(jié)合在負(fù) 極活性材料層表面上和負(fù)極活性材料層孔隙壁上的保護(hù)層。本發(fā)明鋰電池負(fù)極的保護(hù)層能抑制電 解液溶劑與負(fù)極表面的接觸，抑制該鋰電池負(fù)極 表面SEI膜的形成時(shí)以及修復(fù)時(shí)鋰離子的消耗， 達(dá)到顯著提升鋰電池的循環(huán)性能；抑制了鋰電池 負(fù)極表面SEI膜的生成，避免了高溫時(shí)負(fù)極表面 SEI膜分解時(shí)產(chǎn)熱及SEI膜分解后電解液與負(fù)極接觸時(shí)發(fā)生的放熱反應(yīng)，提升鋰電池的安全性能。但是，不論是在負(fù)極中添加合適鋰源，以彌補(bǔ)形成SEI膜過程中鋰離子的損失，還是阻止SEI膜的形成都不能徹底解決首次充放電后容量損失，也不能解決SEI在使用過程中損壞帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

終上所述，有必要開發(fā)一種不會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)、工藝簡(jiǎn)單、成本低的減小鋰離子電池首次充電過程中的容量損失、以提高鋰離子電池可逆容量，并提升鋰離子電池安全性的方法。

發(fā)明內(nèi)容