[发明专利]锂离子电池负极极片制备方法、负极极片及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极极片的制备方法以及利用该制备方法制备出的负极极片，还涉及一种包含有该负极极片的锂离子电池。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高、自放电较低、没有记忆效应等优点，因此在可移动电子设备、电动汽车以及大规模储能方面有着巨大的应用前景及广泛的需求。锂离子电池中包含正极极片与负极极片，所述正极极片和负极极片上涂覆有由粘结剂、导电剂以及电极活性材料以一定的比例混合所制备得到的导电浆料。传统技术中，锂离子电池多使用石墨作为负极的活性材料，但是石墨的理论比容量较低，仅为372 mAh/g, 难以满足市场日益增长的对电池容量的要求。开发新的负极材料体系成为了一个必然的趋势。

硅因具备极高的理论比容量（4200 mAh/g）、较低的锂反应电位、来源广泛等优点而成为了新一代负极材料中最受关注以及最有应用前景的材料。但是硅在充放电过程中具有极大的体积变化率（>300%），从而会导致硅活性材料负极的粉化、破裂而降低电池的容量，这种粉化、破裂会导致新的SEI （solid electrolyte interphase，即固体电解质膜）的生成而不断消耗可循环的锂，从而使电池的循环效率下降。为了解决硅负极与生俱来的缺陷，近年来研究者们针对硅基的负极活性材料进行了无数次的改进，以提升硅基负极活性材料的稳定性，其中对硅材料进行碳包覆和复合被证实是目前最为有效的方法，一方面，碳包覆能够保护硅表面防止其与电解液的过度接触而减少SEI的生成。另一方面，碳较为柔软且来源丰富，能够很好的吸收硅材料循环过程中的体积变化。石墨和结构上相关的碳比较软，具有非常好的导电性，质量小，特征在于在充电/放电期间的体积变化小。出于这些原因，如已知的情况，碳基负极具有非常好的电化学稳定性。通过将这两种元素的优点结合在一起（Si 具有大的容量，C 具有高的稳定性），Si/C 基电极活性材料在具有提高的容量的情况下还具有比纯硅更稳定的循环特性。

申请号为201710052050.8名为《一种碳包覆纳米硅复合材料及其制备方法》的中国专利中提供了一种以纳米硅粒子为内容物、以碳为外壳的核壳结构粉末作为锂离子电池负极材料，该方案中使用沥青为碳包覆前驱体对硅进行碳包覆的制备方法。这种方法可以提高硅的循环性能，但是过程较为复杂，且使用的沥青碳前驱体主要提炼自石油和煤，为不可再生能源。因为传统电极制备过程比较复杂，同时引入了没有储锂活性的粘结剂，这将导致电极容量的损失。相比传统工艺，直接在铜箔集流体上生长不需要粘结剂的活性材料复合结构，能够减少电极制备的工艺流程且增加电极的容量。例如申请号为20151070849.8名为《 一种无粘结剂和导电剂的锂离子电池负极材料及制备方法》发明专利中公布了一种直接在泡沫镍集流体上的无粘结剂和导电剂的电池负极材料的制备方法。这种无粘结剂的负极制备方法能够简化工艺流程，但制备得到的Na₃VO₄/Ni 相比石墨或者硅材料没有显著的性能提升。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种新型的碳包覆硅材料作为锂离子电池负极极片的制备方法，并通过该制备方法获得了新型的锂离子电池负极极片和包含有该负极极片的锂离子电池。本发明中提供了一种以纳米硅粒子作为活性物质、以热处理后的木质素同时作为硅材料表面的包覆结构和结构框架的锂离子电池负极极片的制备方法。使用上述制备方法制备出的锂离子电池负极极片由于采用纳米硅包覆碳的结构从而增加了循环性能，提升了锂离子电池整体的使用性能。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的锂离子电池负极极片的制备方法，包括如下步骤：

S01：前驱体溶液的制备：取木质素、聚氧化乙烯与二甲基甲酰胺均匀混合，其中木质素、聚氧化乙烯与二甲基甲酰胺的质量比为（150-250）：1:（1800-2200），将上述混合液加热至50-70℃，搅拌1-2小时；

S02：添加纳米硅粉：将纳米硅粉添加至S01中所得前驱体溶液中，所添加的纳米硅粉质量与木质素的质量比为1:（0.9-1.5）；维持温度恒定，加热过程中持续进行搅拌，至混合物粘度为2000-3000cp时停止；

S03：干燥：将S02中得到的前驱体溶液涂覆于负极集流体上，然后在大气环境中自然干燥4-8小时；

S04：烧结：将S03中得到的负极集流体在惰性气氛保护下在500-600℃温度下烧结1-2小时，得到所需锂离子负极极片。