一種高效率鋰離子電池及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰離子電池領域，特別是涉及一種高效率鋰離子電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池由于其電壓高，比能量大，循環壽命長，安全性能好等優點，廣泛用于 日常生活和電動汽車。硅基負極具有高電容量效果，是優秀的負極材料，但是，硅負極材料 在高度嵌/脫鋰的條件下，存在嚴重的體積效應，會導致材料的結構崩塌和電極材料從集 流體剝落，從而造成電極的循環性能不穩定。硅基負極預鋰化處理，通過事先將部分鋰嵌入 硅電極中，再將硅電極片組裝成全電池。預鋰化處理的優點：1、顯著提高首次充、放電效率； 2、降低正極不可逆充電鋰消耗，提升全電池能量密度。現有硅基負極預鋰化工藝存在以下 不足：1、硅碳負極首次不可逆容量較高，即嵌鋰、脫鋰的效率偏低；2、首次不可逆的鋰來源 于正極活性材料中鋰離子脫出，這部分不可逆鋰將直接降低正極材料可逆容量；3、循環測 試時電芯體積膨脹厲害，直接影響電芯使用效果。
[0003] 中國專利CN104201320A公開了一種為鋰離子電池電極材料預鋰化的方法，電解 池陰極腔為鋰離子負極材料等電極材料，置于鋰離子導電性的有機電解液中，陽極腔為 含鋰鹽的水溶液或有機溶液，分隔陽極腔和陰極腔的為鋰離子導體陶瓷膜，或鋰離子導 體陶瓷與高分子材料的復合膜，通過外電路充放電設備使鋰離子從陽極通過隔膜迀移到 陰極，在材料表面形成SEI膜。鄭劍平課題組（W.J.Cao，J. P. Zheng, Li-ion capacitors with carbon cathode and hard carbon/stabilized lithium metal powder anode electrodes, Journal of Power Sources, 213 (2012) 180-185.)使用表面具有純化膜的納 米級金屬鋰粉為鋰源，與硬碳混合后用干法工藝制成負極，活性炭為正極組裝成鋰離子電 容器單體。相比富士重工使用鋰金屬箱的結構，該結構的鋰離子電容器可在干燥房中進行 制造，而無需手套箱的苛刻環境，大大增加了可操作性。
【發明內容】
[0004] 為了解決鋰離子電池硅碳負極首次充放電效率低的問題，我們提出了一種高效率 鋰離子電池及其制作方法，采用本發明，可以有效提高首次充放電效率，可改善鋰離子電池 的循環壽命。
[0005] 本發明是通過以下技術方案實現的： 為實現上述目的，本發明提供一種高效率鋰離子電池及其制作方法，制作方法步驟如 下： (1)將650mAh/g的硅碳粉末、導電劑SP、羥甲基纖維素（CMC)和丁苯橡膠（SBR)按照 90 :3-8 :1-5 :1-5的質量比進行勻衆，完成后在銅箱上涂布，單面涂布面密度為l-4mg/cm2， 制成娃基負極。
[0006] (2)在控制水蒸氣含量小于lppm，氧氣含量小于lppm的手套箱內，用裝有電解液 的電解裝置，以金屬鋰片作為對電極，硅基負極作為工作電極，在工作電極上進行電沉積金 屬鋰，即預鋰化處理。
[0007] (3)在嵌鋰電解液中，以二步恒電流脈沖沉積方法進行預鋰化處理： (a) 以1-lOmA/cm2的電流密度，持續放電l-20s ; (b) 擱置 2-40s ; (c) 以5-40mA/cm2的電流密度，持續放電l-20s ; (d) 擱置 2-40s ; (e) 以1-lOmA/cm2的電流密度，持續放電l-20s，并重復3-10次。
[0008] (4)在手套箱內，將預鋰化處理后硅基負極在碳酸二甲酯DMC溶液中浸泡 20-60min〇
[0009] (5)烘干后即得預鋰化后的硅基負極。
[0010] (6)在手套箱內晾干預鋰化后的硅基負極，使用皮帶沖模具將硅基負極沖成片，用 以制作電池負極片。
[0011] (7)組裝電池。將制得的硅基負極作為負極，金屬鋰作為正極，聚丙烯作為隔膜，以 LiPF6作為電解質，EC和EMC混合作為電解液，組裝成鋰離子電池。
[0012] (8)檢驗，包裝。
[0013] 優選地，上述涂布銅箱的厚度為15-25 μ m。
[0014] 優選地，上述嵌鋰電解液中電解質為濃度0. 2-1M的LiPF6、LiBF4、LiC104、LiA104、 LiOH、Li2C03、CH3C00Li、LiN03、LiB(C 204)2、LiP(C6H40 2)3、LiPF3(C2F5) 3、LiN(S02CF3)2中的至 少一種。
[0015] 優選地，上述嵌鋰電解液是由體積比3 :3-6 :1-4的乙基碳酸酯（EC)、甲乙基碳酸 酯（EMC)和氟代碳酸乙烯酯（FEC)組成。
[0016] 優選地，上述隔膜為PP和PE的至少一種。
[0017] 優選地，上述電池電解質為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種。
[0018] 優選地，上述電池電解溶液為乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯中的 至少一種。
[0019] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于： (1) 可顯著提高首次充放電效率； (2) 降低正極不可逆充電鋰消耗，提升全電池能量密度。
【附圖說明】
[0020] 圖1為鋰離子電池充放電循環容量保持圖； 圖中：橫坐標為充放電循環次數，縱坐標為電池容量。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合實施例，更具體地說明本發明的內容。應當理解，本發明的實施并不局限 于下面的實施例，對本發明所做的任何形式上的變通或改變都落入本發明保護范圍；且下 述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
[0022] 實施例1 一種高效率鋰離子電池及其制作方法，制作方法步驟如下： (1) 將650mAh/g的硅碳粉末、導電劑SP、羥甲基纖維素（CMC)和丁苯橡膠（SBR)按照 90 :5 :2. 5 :2. 5的質量比進行勻漿，完成后在銅箱上涂布，單面涂布面密度為2mg/cm2,制成 娃基負極； (2) 在控制水蒸氣含量小于lppm，氧氣含量小于lppm的手套箱內，用裝有嵌鋰電解液 的電解裝置，以金屬鋰片作為對電極，硅基負極作為工作電極，在工作電極上進行電沉積金 屬鋰； (3) 電沉積金屬鋰：在嵌鋰電解液中，以二步恒電流脈沖沉積方法進行預鋰化處理： (a) 以4mA/cm2的電流密度，持續放電5s ; (b) 擱置 10s ; (c) 以20mA/cm2的電流密度，持續放電5s ; (d) 擱置 10s ; (e) 以4mA/cm2的電流密度，持續放電5s，并重復5次； (4) 在手套箱內，將預鋰化處理后硅基負極在碳酸二甲酯DMC溶液中浸泡30min ; (5) 烘干后即得預鋰化后的硅基負極； (6) 在手套箱內晾干預鋰化后的硅基負極，使用皮帶沖模具將硅基負極沖成片，用以制 作電池負極片； (7) 組裝電池。將制得的硅基負極作為負極，金屬鋰作為正極，PP作為隔膜，以六氟磷 酸鋰作為電池電解質，乙烯碳酸酯作為電池電解溶液，組裝成鋰離子電池； (8) 檢驗，包裝。完成后進行充放電測試。
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