[發明專利]一種多孔硅碳負極極片及其制備方法

在審

• 申請號: 201910104110.5
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109950464A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 馬衛;孫偉兵;張天賜;華誠;陳剛;楊梢
• 申請（專利權）人: 湖北鋰諾新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發明涉及一種多孔硅碳負極極片及其制備方法，其多孔硅碳負極極片制備方法如下：對銅箔進行表面刻蝕，然后清洗，干燥，預熱；采用雙面同時擠壓涂布機在干燥銅箔表面涂覆硅碳負極漿料；對涂布極片進行硬烘；用造孔劑對極片進行雙面噴丸處理；在極片表面進行預鋰化處理；對極片進行軟烘，干燥；對極片進行輥壓；最后在其雙面涂布黏附層，最終獲得硅碳負極極片。本發明通過噴丸劑在線造孔噴丸獲得多孔硅碳負極，其工藝簡單、成本低，多孔結構有效抑制硅碳負極膨脹應力；同時對極片進行預鋰化處理和涂覆納米黏附層處理，顯著降低硅碳負極不可逆容量損失，增強極片剝離強度和柔韌性，從而提高硅碳負極首次庫倫效率和循環壽命。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備技術領域，具體涉及一種多孔碳負極極片及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著電子通訊、便攜式終端和新能源汽車等對高容量、長續航能力的迫切需求，研制高容量、高倍率、長壽命的高性能鋰離子電池已成為新能源領域的研究熱點。當前商業化的鋰離子電池主要以石墨為負極，理論比容量只有372mAh/g，電池能量密度提升空間有限。硅基負極材料因其理論比容量高(約4200mAh/g)、脫鋰電位低(＜0.5V)、儲量豐富、環境友好、成本較低等優勢而被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。但是硅基負極材料在充放電過程中伴隨著巨大的體積變化(～300％)，硅基顆粒破碎、粉化和脫落；硅顆粒表面的固體電解質層(SEI)不斷生長、破碎和重新形成，不斷消耗電解液和正極中的鋰源；從而造成巨大的不可逆容量損失和快速的能量衰減，電池可循環使用壽命較低。

為了降低硅基負極材料的不可逆容量損失，提高電極的庫倫效率和循環性能，通過硅納米化、加入緩沖元素、構筑多孔結構被認為是有效的解決方法。Piper等(Adv.Mater.2014,26,3520–3525)采用靜電紡絲法合成聚丙烯腈包覆硅納米纖維復合材料，顯著提高了硅基負極的比容量和循環性能。專利CN106941169A采用噴霧干燥法合成硅-石墨烯多孔負極材料明顯改善和提高了硅基負極材料的電化學性能。雖然這些方法能夠有效降低和抑制硅基負極材料的體積膨脹，提高電極的比容量和循環性能，但其制備過程與當前的漿料涂布制片工藝兼容性較差，同時涉及的模板造孔、高溫碳化、氣相沉積等工序條件要求高、環境條件要求苛刻，生產效率低，難以批量化生產。

發明內容

為了解決上述問題，提高硅碳負極的首次庫倫效率和循環性能，本發明提供了一種多孔碳負極極片及其制備方法。其步驟如下：

(1)銅箔放卷牽引至濕法刻蝕單元，采用刻蝕液雙面噴淋方式對銅箔進行表面刻蝕；然后對表面刻蝕銅箔進行雙面噴霧清洗；然后干燥，溫度為80-120℃，同時對銅箔進行預熱；

(2)采用前后配置的雙面同時擠壓涂布機在干燥銅箔表面涂覆硅碳負極漿料；

(3)對涂布極片進行硬烘，烘烤溫度為80-150℃，烘烤時間為30-90s；

(4)采用造孔劑對極片進行雙面噴丸處理，造孔劑大小為5-20um；

(5)噴丸裝置將穩定鋰金屬粉(SLMP)噴灑在硬烘的極片表面進行預鋰化，金屬鋰粉顆粒表面為Li₂CO₃包覆層，鋰粉粒徑為1-10um；

(6)對極片進行軟烘，溫度為50-100℃；

(7)極片干燥后進行微輥壓；

(8)極片輥壓后在其雙面涂布黏附層，最終獲得硅碳負極極片。

進一步地，銅箔厚度為5-16um，抗拉強度>300MPa，Fe、Si、Mn雜質含量低于10ppm；

進一步地，銅箔表面刻蝕液按體積分數算(30-60)％HCl，(20-30)％H₂SO₄，(10-50)％H₂O₂；