[发明专利]预锂化硅碳负极片及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种预锂化硅碳负极片及其制备方法与应用，所述预锂化硅碳负极片为夹心结构，夹心结构中锂金属层设置在活性材料层和集流体层之间。制备方法包括：含锂浆料涂覆在集流体层表面，一次烘干，实现集流体层表面的锂金属层涂覆；活性浆料涂覆在锂金属层表面，二次烘干，实现锂金属层表面的活性材料层涂覆。本发明提供的预锂化硅碳负极片，能避免活性锂金属层与外部环境的直接接触，避免出现集流体层和活性材料层失去电接触现象，同时降低了预锂化硅碳负极片在后续加工中对操作环境的要求；本发明提供的预锂化方法，采用连续涂布的方式，其预锂化程度可控，工艺流程简单，生产效率高且适合大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种硅碳负极片，尤其涉及一种预锂化硅碳负极片及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池由于其具备能量密度高及循环性能好等优势，已被广泛的应用在电子通讯、储能及动力电池等领域中。提升锂离子电池的能量密度是锂离子电池发展的重要方向。目前，通过将传统的石墨材料与硅材料进行复合，利用硅材料高理论比容量的优势，来提升电池的整体能量密度。然而，上述硅碳材料在首次充电形成SEI膜的过程中，会不可逆的消耗过多锂离子，导致其首次库伦效率变低。锂离子的过度消耗，在之后的循环过程中若得不到及时的补充，锂离子电池的长循环性能会变低，且放电容量会快速衰减恶化。因而针对硅碳负极材料而言，预锂化是一道必不可少的工序。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预锂化硅碳负极片及其制备方法与应用，所述预锂化硅碳负极片能避免活性锂金属层与外部环境的直接接触，避免出现集流体层和活性材料层失去电接触现象，同时降低了预锂化硅碳负极片在后续加工中对操作环境的要求，预锂化程度可控，工艺流程简单，生产效率高且适合大规模生产。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种预锂化硅碳负极片，所述预锂化硅碳负极片为夹心结构，所述夹心结构包括活性材料层、锂金属层和集流体层，所述锂金属层设置在所述活性材料层和所述集流体层之间。

本发明所述夹层结构通过将金属锂层涂在集流体和活性材料层之间，不仅能避免锂金属层与外部环境的直接接触，避免出现集流体层和活性材料层失去电接触的现象；同时降低了预锂化硅碳负极片在后续加工中对环境温度和湿度的要求。

第二方面，本发明提供了如第一方面所述的一种预锂化硅碳负极片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将含锂浆料涂覆在所述集流体层的表面上，执行一次烘干，实现所述集流体层的表面上的所述锂金属层的涂覆；

将活性浆料涂覆在所述锂金属层的表面上，执行二次烘干，实现所述锂金属层的表面上的所述活性材料层的涂覆，得到所述预锂化硅碳负极片。

本发明提供的制备方法，可以精确调控硅碳负极片的预锂化程度，提高了金属锂层在发生锂化反应之后的电导率；采用连续涂布的工艺，能精确调控每层涂覆层的涂覆量，且流程简单可靠，适合工业化生产。

优选地，所述涂覆的方法包括连续涂布。

优选地，所述含锂浆料的涂覆方法包括槽模涂布。

优选地，所述活性浆料的涂覆方法包括挤压涂布。

优选地，所述含锂浆料的组成包括纳米金属锂粉末、第一粘结剂和石墨烯。

本发明在含锂浆料中掺杂石墨烯，能够使得纳米级金属锂粉末均匀分散在石墨烯的表面和内部，使石墨烯起到了纳米级锂金属粉末载体的作用，能够稳定纳米金属锂。此外，锂金属层的锂被消耗后，会形成局部的薄空腔层，使该区域的电子电导率下降，电子的传输受阻，从而导致电池的倍率性能的恶化；通过向锂金属层中添加石墨烯，可以利用其极高比表面积和电导率的优势，构建一个三维导电网络来连接集流体和活性材料层，起到电子传输通道的作用。