一种锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池及其制备方法，本发明专利技术将一定质量比纳米SiO2加入到负极碳材料中混合均匀，通过匀浆、涂布制备成负极极片。利用电化学原理，在锂离子电池化成充电过程中将纳米SiO2还原为具有高储锂能力的无定形SiOx(0≤x≤1)，反应的还原电位与SEI膜形成电位相近，改变了固液界面荷电状态，生成的C‑SiOx负极材料特殊的组成结构以及表观孔隙率，同时改善了SEI膜的组成、结构，为高能量锂离子电池的性能发挥，营造了良好的电芯微观结构。本发明专利技术不仅提高了电池能量密度，也提高了电池的倍率性能以及循环使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
随着便携式电子设备的广泛使用，使得高能量锂离子电池的开发成为焦点。目前，锂离子电池负极所用材料多为碳系材料，容量较低，已不能满足锂离子电池高能量、小体积的发展要求。而使具有较高比容量（4200mAh/g）的硅材料备受关注，但是纯硅材料在电池充放电过程中存在严重的体积变化，而导致极片粉化、脱落，使电极活性物质与集流体失去电接触，影响电池的循环性能，严重时还会影响电池安全性；而且硅的本征电导率较小，为6.7×10-4s•cm-1，很难提升锂离子电池的大电流充放电能力。有技术研究人员将碳负极材料与硅基负极材料复合使用，使材料性能扬长避短，制备高性能锂电池，如专利CN200810154217.2中公开了一种核壳结构的Si-SiOx-C材料及其制备方法，提高了材料导电性，提高材料循环性能和比容量，但依然不能满足实际需要；专利CN201280049685.8中公开了一种SiO气体与含碳气体共沉积的含碳硅氧化物，虽然首次充电容量，但首次充放效率较低，循环性能也仅为半电池小电流状况下的保持率，不适于实际使用，且此反应为高温还原气体还原，易生成SiC，影响电池倍率性能，而且工序繁琐，不利于实际生产。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池及其制备方法，旨在解决现有锂离子电池仍然难以满足实际需要、电池倍率性能低和循环性能保持率低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种锂离子电池的制备方法，其中，包括步骤：A、将负极碳、白炭黑、粘接剂按照80～85：5～15：5～10质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料涂于铜箔上，烘干后得负极极片；B、按照正极容量/负极容量为1.01-1.05的比例，将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置14~18h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤A中，所述负极碳、白炭黑、粘接剂按照80：10：10质量比例加入到溶剂中。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤A中，所述负极碳为天然石墨、人造石墨、碳黑、焦炭、中间相碳微球、碳纤维中的一种或几种。所述的锂离子电池的制备方法，其中，所述步骤A和B中的溶剂为NMP溶剂。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤B中，正极容量/负极容量的比例为1.02。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤B中，正极材料、导电剂、粘结剂按照82:8:10的质量比例加入到溶剂中。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤B中，所述正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤D中，所述电解液为LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一种。所述的锂离子电池的制备方法，其中，步骤E中，所述化成工步为0.02C小电流充电至3.4V，0.1C充至4.0V，充放循环3次。一种锂离子电池，其中，采用如上任一所述的锂离子电池的制备方法制备而成。有益效果：高储锂能力的无定形SiOx(0≤X≤1)提高了电池的体积能量，致密、稳定的SEI膜提高了电池的循环寿命、倍率充放电性能。相比于现有的硅碳复合材料，有更高的首次库伦效率和循环稳定性。具体实施方式本专利技术提供一种锂离子电池及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于锂离子电池负极表面固体电解质界面膜（SEI）不但影响电极的脱嵌锂动力学，还影响充放电循环过程中的表面稳定性，而SEI膜的形貌和组成取决于电解液的成分、固体负极表面组成、结构。本专利技术将纳米白炭黑（SiO2）在负极配料阶段以一定质量比加入到负极碳中，混合均匀、涂布。在锂离子电池化成阶段，将纳米SiO2还原为具有高储锂能力的SiOx(0≤X≤1)，由于该反应的电极电势与SEI形成电位接近，改变锂离子电池负极表面荷电状态，使负极表面SEI膜的组成、结构得到优化、改善。具体地，本专利技术的一种锂离子电池的制备方法较佳实施例，其中，包括步骤：A、将负极碳、白炭黑、粘接剂按照80～85：5～15：5～10质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料涂于铜箔上，烘干后得负极极片；优选地，步骤A中，所述负极碳、白炭黑、粘接剂按照80：10：10质量比例加入到溶剂中。其中，所述负极碳可以为天然石墨、人造石墨、碳黑、焦炭、中间相碳微球、碳纤维中的一种或几种。其中，所述溶剂可以为NMP溶剂。B、按照正极容量/负极容量为1.01-1.05的比例，将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后得正极极片。其中，所述溶剂可以为NMP溶剂。优选地，步骤B中，正极容量/负极容量的比例为1.02。所述正极材料可以为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种。C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；优选地，在120℃下真空干燥除去溶剂和水分。D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置14~18h；优选地，所述电解液可以为但不限于LiPF6/EC-EMC-DMC、LiAsF6/PC-EMC-DMC、LiBF4/MPC-EMC-DMC中的一种。例如，将备用的正极、负极极片，以Celgard2400为隔膜，1mol/L的LiPF6/EC-EMC-DMC（EC-EMC-DMC体积比为1:1:1）为电解液，组装锂离子电池，静置16h。E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；优选地，所述化成工步为0.02C小电流充电至3.4V，0.1C充至4.0V，充放循环3次。F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。本专利技术具有如下技术特征：（1）利用电化学原理，在化成充电阶段中，将纳米SiO2还原为具有高储锂能力的无定形SiOx(0≤X≤1)；（2）将纳米SiO2与常用碳类负极材料按照一定比例混合均匀，涂布于负极极片，使生成的无定形SiOx(0≤X≤1)均匀分布在具有良好导电性能的碳系材料导电网络中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将负极碳、白炭黑、粘接剂按照80～85：5～15：5～10质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料涂于铜箔上，烘干后得负极极片；B、按照正极容量/负极容量为1.01‑1.05的比例，将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置14~18h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V‑4.2V。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将负极碳、白炭黑、粘接剂按照80～85：5～15：5～10质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成负极浆料，将负极浆料涂于铜箔上，烘干后得负极极片；B、按照正极容量/负极容量为1.01-1.05的比例，将正极材料、导电剂、粘结剂按照80~85:5~10:7~12的质量比例加入到溶剂中充分混合均匀成正极浆料，将正极浆料涂于铝箔上，烘干后得正极极片；C、将正极、负极极片按照不同的电芯设计裁剪成相应尺寸，真空干燥除去溶剂和水分，备用；D、将备用的正极、负极极片、隔膜和电解液组装锂离子电池，静置14~18h；E、对锂离子电池进行化成，所述化成工步为0.01C~0.03C小电流充电至3.2~3.6V，0.05C~0.1C充至3.8~4.0V，以0.1~0.3C放电至2.8~3.2V，充放循环2~4次；在锂离子电池化成的充电阶段，将白炭黑还原为无定形的SiOx，其中0≤X≤1；F、对化成好的锂离子电池静置5~9天，进行容量、倍率、循环寿命测试，电压测试范围3.0V-4.2V。2.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述负极碳、白炭黑、粘接剂按照80：10：10质量比例加入到溶剂中。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立君，宋翠环，
申请(专利权)人：深圳市力为锂能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44