[發明專利]一種硅基薄膜復合極片及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201811289710.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109546089B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 趙曉鋒;邱彥星;李利淼
• 申請（專利權）人: 中航鋰電（洛陽）有限公司;中航鋰電技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/131;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 張兵兵

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種硅基薄膜復合極片及其制備方法、鋰離子電池。本發明的硅基薄膜復合極片的制備方法包括以下步驟：（1）將有機硅烷鋰、成膜添加劑、離子液體混合均勻，得電解液；（2）以氧化石墨烯為工作電極、硅為對電極、飽和甘汞電極為參比電極，在步驟（1）所得電解液中采用電化學沉積法在工作電極表面沉積二氧化硅，得二氧化硅/氧化石墨烯復合材料；（3）在還原氣氛下，將二氧化硅/氧化石墨烯復合材料升溫至600~800℃并保溫1~6h，然后冷卻，得一氧化硅/石墨烯復合材料即硅基薄膜復合極片。以該方法制得的硅基薄膜復合極片為負極的鋰離子電池，具有比容量高、循環性能優異、倍率性能佳等優勢。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種硅基薄膜復合極片及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

當前，由于硅的理論比容量(4200mAh/g)遠大于石墨的理論比容量(372mAh/g)，并且自然界中的硅資源非常豐富，因此硅材料被認為是最有希望取代石墨成為下一代鋰離子電池負極材料。但是，當硅材料作為鋰離子電池負極材料時，伴隨著鋰離子電池的充放電過程硅材料會發生嚴重的膨脹和收縮，從而導致電極材料上面的活性物質脫落，影響電池的循環穩定性。碳類負極材料由于在放電過程中體積變化很小，具有良好的循環穩定性并且碳類負極材料本身是離子與電子的混合導體。因此將硅和碳復合可以改善硅的體積效應，從而提高電化學穩定性。

申請公布號為CN105958019A的中國專利申請公開了一種一氧化硅/石墨烯復合材料的制備方法，其包括如下步驟：將納米硅、納米二氧化硅及氧化石墨烯混合，在真空高溫下進行反應，然后用水合肼還原。該方法中還原生成的一氧化硅通過吸附作用附于石墨烯表面，二者之間的粘附力較弱，并且一氧化硅的均勻性不能保證。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種硅基薄膜復合極片的制備方法，該方法制得的硅基薄膜極片中一氧化硅均勻分布在石墨烯材料表面，致密度高且二者結合穩定。

本發明的第二個目的在于提供一種根據上述硅基薄膜復合極片的制備方法制得的硅基薄膜復合極片，該極片具有較高的吸液保液能力。

本發明的第三個目的在于提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池具有較好的循環穩定性及較高的安全性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種硅基薄膜復合極片的制備方法，包括以下步驟：

(1)將有機硅烷鋰、成膜添加劑、離子液體混合均勻，得電解液；

(2)以氧化石墨烯為工作電極、硅為對電極，在步驟(1)所得電解液中采用電化學沉積法在工作電極表面沉積二氧化硅，得二氧化硅/氧化石墨烯復合材料；

(3)在還原氣氛下，將二氧化硅/氧化石墨烯復合材料升溫至600～800℃并保溫1～6h，然后冷卻，得一氧化硅/石墨烯復合材料即硅基薄膜復合極片。

電化學沉積為在電場作用下，在一定濃度的電解質溶液中由陰極和陽極構成回路，通過發生氧化還原反應，使溶液中的離子沉積在陰極或陽極表面。本發明的電化學沉積二氧化硅過程為電解液中有機硅烷鋰中的硅離子在電場的作用下發生氧化還原反應生成二氧化硅。

本發明先通過電化學沉積法在石墨烯表面均勻沉積二氧化硅，然后通過還原得到一氧化硅，得到的一氧化硅具有較高的致密度。電解液中含有有機硅烷鋰，在沉積過程中鋰離子通過電場作用沉積于復合材料表面形成氧化鋰，之后在復合材料表面會形成鋰鹽化合物，可降低電池在充放電過程中鋰離子的消耗。電解液中的成膜添加劑在電化學沉積過程中作為引發劑可以使有機硅烷鋰發生自身聚合反應從而在復合材料表面形成穩定的的有機硅烷鋰網狀結構，提高復合材料的穩定性。

為使二氧化硅較好的沉積，步驟(1)所述有機硅烷鋰、成膜添加劑、離子液體的質量比為0.5～5：0.1～0.5：100。