[发明专利]一种锂离子电池用硅基负极的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池负极制备领域，特别是一种锂离子电池用硅基负极的制备方法，解决目前硅基材料作为锂离子电池负极材料，在嵌Li和脱Li过程中体积发生较大变化导致活性材料内部破坏及与集流体分离导致电池循环寿命低的问题。采用多孔金属、表面粗化处理的金属网或表面粗糙处理的金属箔为集流体，增加活性物质与集流体的接触面积及结合力，并为活性物质体积膨胀提供缓冲空间；采用物理气相沉积的方法在集流体表面共沉积不同比例的硅—金属合金活性物质，在硅—金属合金活性物质表面采用物理气相沉积一层完整的碳材料保护层，形成锂离子电池用硅基负极。本发明操作简单，对环境影响小，产品人为影响小，电池一致性高，更适合锂电池的要求。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极制备领域，特别是一种锂离子电池用硅基负极的制备方法。

背景技术

锂离子电池从20世纪末开始正式商用化，由于其能量密度高、循环寿命长，已经在消费电子领域广泛使用，同时在新能源车方面也开始大量使用。但是随着消费电子产品及新能源车的发展，人们对电池容量的要求越来越高。目前锂离子电池大部分采用石墨负极，石墨负极材料理论储锂容量为372mAh/g(LiC6)。目前商用石墨负极材料储锂容量已经非常接近论储锂容量为372mAh/g，已经没有提升空间，限制了整体电池的比容量提高。因此，锂离子电池方面迫切需要开发高比容量、长寿命、高安全性的负极材料以提高电池整体比容量。

在对新型锂离子电池负极材料的研究中发现硅基、锡基负极材料具有高的比容量，特别是硅的理论嵌锂容量可达4200mAh/g(Li22Si5)是石墨负极材料的10倍多；锂嵌入硅的电压低(低于0.5V)，而且硅在地球上储量丰富在地壳中含量排名第二，价格便宜。硅基负极材料非常适合作为锂离子电池负极材料。但是硅是半导体导电性不好；硅基负极材料在嵌脱锂的过程中有巨大的体积变化(最高大于300％)，由此产生的应力在充放电过程中会使负极材料内部发生破坏，活性物质脱落，从而造成电池循环寿命降低，限制了硅及硅基负极材料在商业中的大规模使用。为了解决电池循环寿命降低，目前硅基负极材料的研究主要集中在抑制材料膨胀，增加电池材料之间的结合力，提高循环性能的方面。目前常用的方式主要集中在硅纳米化、硅复合材料以及粘结剂的选择上，但是硅纳米材料制作成本高，同时在充放电过程中会发生不可逆的电化学烧结失去纳米材料的特性。粘结剂虽然可以增加负极材料粒子之间的结合力，但是当负极材料粒子内部发生结构破坏时粘结剂的作用将会大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用硅基负极的制备方法，解决目前硅基材料作为锂离子电池负极材料，在嵌Li和脱Li过程中体积发生较大变化导致活性材料内部破坏及与集流体分离导致电池循环寿命低的问题。

本发明的技术方案是：

一种锂离子电池用硅基负极的制备方法，采用多孔金属、表面粗化处理的金属网或表面粗糙处理的金属箔为集流体，增加活性物质与集流体的接触面积及结合力，并为活性物质体积膨胀提供缓冲空间；采用物理气相沉积的方法在集流体表面共沉积不同比例的硅—金属合金活性物质，在硅—金属合金活性物质表面采用物理气相沉积一层完整的碳材料保护层，形成锂离子电池用硅基负极。

所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，物理气相沉积硅—金属合金厚度在200nm至4μm，物理气相沉积的碳材料厚度在20nm至500nm。

所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，多孔金属包括多孔铜、多孔镍或多孔铝，多孔铜、多孔镍或多孔铝采用隙率从20％至95％，孔径1μm至200μm的原始多孔金属，经过辊压加工至厚度为10μm至100μm；