CN103633298A - 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN103633298A
CN103633298A CN201210310161.1A CN201210310161A CN103633298A CN 103633298 A CN103633298 A CN 103633298A CN 201210310161 A CN201210310161 A CN 201210310161A CN 103633298 A CN103633298 A CN 103633298A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium ion
ion battery
pole piece
silicon
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201210310161.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张光辉
叶海林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201210310161.1A priority Critical patent/CN103633298A/zh
Priority to PCT/CN2013/070457 priority patent/WO2014032407A1/zh
Publication of CN103633298A publication Critical patent/CN103633298A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0407—Methods of deposition of the material by coating on an electrolyte layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：取硅材料、增塑剂、粘结剂和导电剂组成硅负极浆料固体配料组分，将固体配料组分在有机溶剂中分散，搅拌，制得硅负极浆料，增塑剂占硅负极浆料固体配料组分总重量的4％～30％；将硅负极浆料涂覆于集流体表面，进行干燥和辊压，随后将辊压后的极片置于甲醇或乙醇中进行萃取，干燥后制得锂离子电池硅负极极片。该制备方法仅需利用少量的增塑剂即可制得空隙率高、孔径大的多孔结构的硅负极极片，简单易行，成本低廉，无污染，易于工业化生产。本发明实施例还提供了一种锂离子电池硅负极极片以及包含该锂离子电池硅负极极片的锂离子电池。

Description

一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池。
背景技术
在众多的储能技术中，锂离子电池由于具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高、无记忆效应、循环寿命长等优点，在手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。
但目前智能手机和平板电脑等电子数码产品对锂离子电池的能量密度要求越来越高，而商用的负极材料石墨很难满足能量密度要求。硅材料的理论克容量为4200mAh/g，远高于石墨材料的理论克容量372mAh/g，但硅材料在充放电过程中体积膨胀大，使硅材料目前在软包装电池中难以商用化，具体表现在：(1)硅材料体积膨胀导致负极极片厚度增大，进而引起锂离子电池体积增大；(2)硅材料体积膨胀导致硅材料之间以及硅材料与导电碳之间的接触降低，严重影响锂离子电池的循环使用寿命；(3)硅材料体积膨胀后易从集流体上脱落，容易引起自放电和内短路等安全问题。
为使硅材料能够商用化于锂离子电池的负极极片中，当前对硅材料的研究重点为如何控制硅材料膨胀，目前采用较多的办法是对硅材料进行优化与改性，比如采用纳米硅粉、硅纳米线，硅纳米管或硅碳复合，也有人采用气相沉积法在无定形碳上沉积纳米硅，虽然这些方法在一定程度上提高了硅负极的循环稳定性，但是这些方法提高稳定性的效果有限，而且制备这些硅材料的工艺复杂，工艺能耗大，增加了锂离子电池的成本，难以实现大批量生产的商业化。
此外，也有人提出多孔硅基负极的电极，例如，公开号为CN101894940A的中国专利申请通过在硅基负极浆料中加入成孔剂(氟化铵、氯化铵、硝酸铵等)，然后在保护气体下进行高温烘干，使成孔剂蒸发，得到含有多孔硅基负极，该多孔硅基负极在负极预留出空间让硅在充放电时进行体积膨胀。但该制备方法需要在保护气体中高温下进行，能耗大，工艺成本高，而且所用的成孔剂具有腐蚀性，会腐蚀铜集流体，含有一定的毒性，不易安全生产。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，用以解决现有多孔硅负极极片生产能耗大、工艺成本以及不易安全生产的问题。本发明实施例第二方面提供了通过所述制备方法制得的锂离子电池硅负极极片，解决了现有技术中锂离子电池负极硅材料在充放电过程中体积膨胀带来的锂离子电池体积增大、锂离子电池循环使用寿命缩短以及易出现自放电和内短路的问题。本发明实施例第三方面提供了包含所述锂离子电池硅负极极片的锂离子电池，该锂离子电池能量密度高且循环寿命长。
第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)取硅材料、增塑剂、粘结剂和导电剂组成硅负极浆料固体配料组分，将所述固体配料组分在有机溶剂中分散，搅拌，制得硅负极浆料，所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的4％～30％；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于集流体表面，进行干燥和辊压，随后将辊压后的极片置于甲醇或乙醇中进行萃取，干燥后制得锂离子电池硅负极极片。
本发明实施例第一方面中，通过在硅负极浆料固体配料组分中加入少量的增塑剂、萃取去除增塑剂并且进行干燥的方法制备具有多孔结构的硅负极极片。
优选地，增塑剂选自苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、己二酸丙二醇聚酯、癸二酸丙二醇聚酯和邻苯二甲酸聚酯中的一种或几种。所述苯二甲酸酯类包括邻苯、对苯和间苯二甲酸酯。
优选地，萃取方法为将辊压后的极片进行2～4次萃取，第一次萃取时间为4～8小时，萃取温度为20～25℃。
优选地，硅材料为硅纳米颗粒、硅合金材料、硅氧碳复合材料或纳米硅/二氧化硅复合物。
优选地，粘结剂为聚偏氟乙烯或环氧树脂。
优选地，导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。
优选地，有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。
优选地，硅材料、粘结剂和导电剂分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的60％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。
更优选地，硅材料、粘结剂和导电剂分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的85％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。
优选地，所述硅负极浆料中有机溶剂所占的重量百分数为30％～70％。
优选地，搅拌温度为35～50℃，搅拌时间为2～10小时。
优选地，集流体为平面铜箔或打孔铜箔。
本发明实施例第一方面提供的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，仅需利用少量的增塑剂即可制得空隙率高、孔径大的多孔结构的硅负极极片，该制备方法简单易行，成本低廉，无污染，易于工业化生产。
第二方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池硅负极极片，所述锂离子电池硅负极极片按照本发明实施例第一方面所述的制备方法制得，包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。
优选地，所述硅负极活性材料层的厚度为30～200μm。
所述硅负极活性材料层包括硅材料、粘结剂和导电剂。通过调节硅材料、粘结剂和导电剂的比例，可以控制所述硅负极活性材料层的空隙率和孔径大小。
优选地，所述硅负极活性材料层的空隙率为20％～70％，孔径大小为0.01～10μm。
更优选地，所述硅负极活性材料层的空隙率为65％～70％，孔径大小为6～10μm。
本发明实施例第二方面提供的一种锂离子电池硅负极极片中，多孔结构的存在能够为硅材料在充放电过程中出现的膨胀预留空间，因此能够保证硅材料之间具有较好的连接性以及硅材料与导电剂之间具有良好的连接性，从而提高锂离子电池的能量密度，提升锂离子电池的循环寿命。
第三方面，本发明实施例提供了锂离子电池，所述锂离子电池由本发明实施例第二方面提供的锂离子电池硅负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成。
本发明实施例第三方面提供的锂离子电池能量密度高并且循环寿命长。
本发明实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中锂离子电池硅负极极片的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
本发明实施例第一方面提供了一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，用以解决现有多孔硅负极极片生产能耗大、工艺成本以及不易安全生产的问题。本发明实施例第二方面提供了通过所述制备方法制得的锂离子电池硅负极极片，解决了现有技术中锂离子电池负极硅材料在充放电过程中体积膨胀带来的锂离子电池体积增大、锂离子电池循环使用寿命缩短以及易出现自放电和内短路的问题。本发明实施例第三方面提供了包含所述锂离子电池硅负极极片的锂离子电池，该锂离子电池能量密度高。
第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)取硅材料、增塑剂、粘结剂和导电剂组成硅负极浆料固体配料组分，将所述固体配料组分在有机溶剂中分散，搅拌，制得硅负极浆料，所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的4％～30％；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于集流体表面，进行干燥和辊压，随后将辊压后的极片置于甲醇或乙醇中进行萃取，干燥后制得锂离子电池硅负极极片。
本发明实施例第一方面中，通过在硅负极浆料固体配料组分中加入少量的增塑剂、萃取去除增塑剂并且进行干燥的方法制备具有多孔结构的硅负极极片。
增塑剂选自苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、己二酸丙二醇聚酯、癸二酸丙二醇聚酯和邻苯二甲酸聚酯中的一种或几种。所述苯二甲酸酯类包括邻苯、对苯和间苯二甲酸酯。
萃取方法为将辊压后的极片进行2～4次萃取，第一次萃取时间为4～8小时，萃取温度为20～25℃。
硅材料为硅纳米颗粒、硅合金材料、硅氧碳复合材料或纳米硅/二氧化硅复合物。
粘结剂为聚偏氟乙烯或环氧树脂。
导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。
有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。
硅材料、粘结剂和导电剂可以分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的60％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。本实施方式中，硅材料、粘结剂和导电剂分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的85％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。
硅材料含量越高越有利于提高锂离子电池的能量密度，但同时需要有足够的空隙空间给硅材料进行膨胀，这就要求降低造孔物质含量的同时还能保持较好的造孔效果。本实施方式通过采用增塑剂作为造孔物质实现了提高硅材料含量的同时还保持了良好的空隙率和孔径。本实施方式制得的锂离子电池硅负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，硅负极活性材料层的空隙率可以为20％～70％，孔径大小可以为0.01～10μm。本实施方式中，所述硅负极活性材料层的空隙率为65％～70％，孔径大小为6～10μm。
所述硅负极浆料中有机溶剂所占的重量百分数为30％～70％。
搅拌温度为35～50℃，搅拌时间为2～10小时。
集流体为平面铜箔或打孔铜箔。
本发明实施例第一方面提供的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，仅需利用少量的增塑剂即可制得空隙率高、孔径大的多孔结构的硅负极极片，该制备方法简单易行，成本低廉，无污染，易于工业化生产。
第二方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池硅负极极片，所述锂离子电池硅负极极片按照本发明实施例第一方面所述的制备方法制得，包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。
所述硅负极活性材料层的厚度为30～200μm。
所述硅负极活性材料层包括硅材料、粘结剂和导电剂。通过调节硅材料、粘结剂和导电剂的比例，可以控制所述硅负极活性材料层的空隙率和孔径大小。
所述硅负极活性材料层的空隙率可以为20％～70％，孔径大小可以为0.01～10μm。本实施方式中，所述硅负极活性材料层的空隙率为65％～70％，孔径大小为6～10μm。
本发明实施例第二方面提供的一种锂离子电池硅负极极片中，多孔结构的存在能够为硅材料在充放电过程中出现的膨胀预留空间，因此能够保证硅材料之间具有较好的连接性以及硅材料与导电剂之间具有良好的连接性，从而提高锂离子电池的能量密度，提升锂离子电池的循环寿命。
第三方面，本发明实施例提供了锂离子电池，所述锂离子电池由本发明实施例第二方面提供的锂离子电池硅负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成。
正极极片由集流体和涂覆在集流体上的正极活性材料组成。正极活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、锂镍钴锰、磷酸铁锂和固溶体锰酸锂中的一种或多种。
隔膜为聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物或无纺布。
非水电解液是碳酸酯溶剂的电解液，所述电解液中含有锂盐，所述碳酸酯选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或几种，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAlO4、LiAlCl4、Li(CF3SO2)2N、LiBOB和LiDFOB中的一种或几种。
外壳为铝塑膜壳体、圆柱型钢壳壳体、方型钢壳或铝壳壳体。
锂离子电池的制作
将本发明实施方式中的锂离子电池硅负极极片根据电池容量规格和电芯的制作方式分裁成片条状，直接与锂离子电池正极极片进行卷绕或叠片成型，在正负极之间加入微孔隔离膜，经组装封装后注液、密封、化成均按本行业技术人员所熟悉的工艺进行，无特殊限定。
本发明实施例第三方面提供的锂离子电池能量密度高并且循环寿命长。
本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
实施例一
一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取硅纳米颗粒、苯二甲酸二丁酯、聚偏氟乙烯和乙炔黑组成硅负极浆料固体配料组分，将30克聚偏氟乙烯，加入到1400克的N-2-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌4小时，接着加入180克苯二甲酸二丁酯，搅拌4小时，随后加入30克乙炔黑，搅拌2小时，最后加入硅纳米颗粒360克，搅拌6小时，搅拌温度均为35℃，得到稳定的硅负极浆料；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于平面铜箔表面，涂覆重量为5.82g/cm2(不含铜箔)，置于80℃的烘箱中进行干燥，然后进行辊压至极片厚度为0.077mm，分切为宽度是40mm的条型极片，随后将极片置于甲醇中进行萃取，萃取过程包括将极片放入第一缸甲醇溶液，浸泡6小时候后将极片置于45℃烘箱里干燥，然后把极片放入第二缸甲醇溶液，浸泡4小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，接着把极片放入第三缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，以及把极片放入第四缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，制得锂离子电池硅负极极片。
本实施例制得的锂离子电池硅负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。硅负极活性材料层的厚度为80μm，空隙率为70％，孔径大小为10μm。
锂离子电池的制备方法
将本实施例制得的锂离子电池硅负极极片裁切成一定长度。
将200克正极活性材料LiCoO2、4克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克导电剂乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮溶液(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该正极浆料均匀的涂布在16微米的铝箔上，控制涂布的面密度为23g/cm2，然后120℃下烘干，经过辊压成所需要的厚度、然后分切成宽度为39mm的正极极片，并裁切成匹配上述负极极片长短需求的正极极片。
将上述得到的负极极片、正极极片及隔膜卷绕好用铝塑膜预封，将在溶剂(碳酸亚乙酯∶甲基乙基碳酸酯∶碳酸二乙酯体积比为1∶1∶1)中含有1摩尔的六氟磷酸锂的非水电解液9克注入上述的未完全封合的裸电芯中，然后进行热封，按照常规方式化成，即得到锂离子电池。该锂离子电池的设计容量为1600毫安时，经过化成及容量测试后，锂离子电池的厚度为5.1mm，平均容量为1600毫安时。
上述锂离子电池经过50次循环后，厚度为5.6mm，厚度增加率为10％，容量剩余率为97％，经过150次循环后，厚度为6.1mm，厚度增加率为20％，容量剩余率为90％。
实施例二
一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取硅氧碳复合材料、己二酸丙二醇聚酯、环氧树脂和石墨组成硅负极浆料固体配料组分，将20克环氧树脂，加入到500克N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌4小时，接着加入40克己二酸丙二醇聚酯，搅拌4小时，随后加入15克石墨，搅拌2小时，最后加入硅氧碳复合材料425克，搅拌6小时，搅拌温度均为40℃，得到稳定的硅负极浆料；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于平面铜箔表面，涂覆重量为5.82g/cm2(不含铜箔)，置于100℃的烘箱中进行干燥，然后进行辊压至极片厚度为0.077mm，分切为宽度是40mm的条型极片，随后将极片置于甲醇中进行萃取，萃取过程包括将极片放入第一缸甲醇溶液，浸泡6小时候后将极片置于45℃烘箱里干燥，然后把极片放入第二缸甲醇溶液，浸泡4小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，接着把极片放入第三缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，以及把极片放入第四缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，制得锂离子电池硅负极极片。
本实施例制得的锂离子电池硅负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。硅负极活性材料层的厚度为80μm，空隙率为65％，孔径大小为6μm。
锂离子电池的制备方法
将本实施例制得的锂离子电池硅负极极片裁切成一定长度。
将200克正极活性材料LiCoO2、4克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克导电剂乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮溶液(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该正极浆料均匀的涂布在16微米的铝箔上，控制涂布的面密度为21g/cm2，然后120℃下烘干，经过辊压成所需要的厚度、然后分切成宽度为39mm的正极极片，并裁切成匹配上述负极极片长短需求的正极极片。
将上述得到的负极极片、正极极片及隔膜卷绕好用铝塑膜预封，将在溶剂(碳酸亚乙酯∶甲基乙基碳酸酯∶碳酸二乙酯体积比为1∶1∶1)中含有1摩尔的六氟磷酸锂的非水电解液9.5克注入上述的未完全封合的裸电芯中，然后进行热封，按照常规方式化成，即得到锂离子电池。该锂离子电池的设计容量为1800毫安时，经过化成及容量测试后，锂离子电池的厚度为5.3mm，平均容量为1800毫安时。
上述锂离子电池经过50次循环后，厚度为6.4mm，厚度增加率为20％，容量剩余率为95％，经过150次循环后，厚度为7.4mm，厚度增加率为40％，容量剩余率为88％。
实施例三
一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取纳米硅/二氧化硅复合物、邻苯二甲酸聚酯、聚偏氟乙烯和碳纤维组成硅负极浆料固体配料组分，将40克聚偏氟乙烯，加入到430克四氢呋喃溶液中，搅拌4小时，接着加入40克邻苯二甲酸聚酯，搅拌4小时，随后加入20克碳纤维，搅拌2小时，最后加入纳米硅/二氧化硅复合物900克，搅拌6小时，搅拌温度均为50℃，得到稳定的硅负极浆料；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于平面铜箔表面，涂覆重量为5.82g/cm2(不含铜箔)，置于120℃的烘箱中进行干燥，然后进行辊压至极片厚度为0.077mm，分切为宽度是40mm的条型极片，随后将极片置于甲醇中进行萃取，萃取过程包括将极片放入第一缸甲醇溶液，浸泡6小时候后将极片置于45℃烘箱里干燥，然后把极片放入第二缸甲醇溶液，浸泡4小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，接着把极片放入第三缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，以及把极片放入第四缸甲醇溶液，浸泡2小时后将极片置于45℃烘箱里干燥，制得锂离子电池硅负极极片。
本实施例制得的锂离子电池硅负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。硅负极活性材料层的厚度为80μm，空隙率为40％，孔径大小为0.01μm。
锂离子电池的制备方法
将本实施例制得的锂离子电池硅负极极片裁切成一定长度。
将200克正极活性材料LiCoO2、4克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克导电剂乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮溶液(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该正极浆料均匀的涂布在16微米的铝箔上，控制涂布的面密度为19g/cm2，然后120℃下烘干，经过辊压成所需要的厚度、然后分切成宽度为39mm的正极极片，并裁切成匹配上述负极极片长短需求的正极极片。
将上述得到的负极极片、正极极片及隔膜卷绕好用铝塑膜预封，将在溶剂(碳酸亚乙酯∶甲基乙基碳酸酯∶碳酸二乙酯体积比为1∶1∶1)中含有1摩尔的六氟磷酸锂的非水电解液10克注入上述的未完全封合的裸电芯中，然后进行热封，按照常规方式化成，即得到锂离子电池。该锂离子电池的设计容量为2000毫安时，经过化成及容量测试后，锂离子电池的厚度为5.5mm，平均容量为2000毫安时。
上述锂离子电池经过50次循环后，厚度为6.8mm，厚度增加率为25％，容量剩余率为90％，经过150次循环后，厚度为8.2mm，厚度增加率为50％，容量剩余率为82％。
对比例一
一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取硅纳米颗粒、聚偏氟乙烯和乙炔黑组成硅负极浆料固体配料组分，将25克聚偏氟乙烯，加入到500克N-2-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌4小时，随后加入25克乙炔黑，搅拌2小时，最后加入硅纳米颗粒450克，搅拌6小时，搅拌温度均为50℃，得到稳定的硅负极浆料；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于平面铜箔表面，涂覆重量为5.82g/cm2(不含铜箔)，置于120℃的烘箱中进行干燥，然后进行辊压至极片厚度为0.077mm，分切为宽度是40mm的条型极片，即得锂离子电池硅负极极片。
锂离子电池的制备方法
将本实施例制得的锂离子电池硅负极极片裁切成一定长度。
将200克正极活性材料LiCoO2、4克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克导电剂乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮溶液(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该正极浆料均匀的涂布在16微米的铝箔上，控制涂布的面密度为25g/cm2，然后120℃下烘干，经过辊压成所需要的厚度、然后分切成宽度为39mm的正极极片，并裁切成匹配上述负极极片长短需求的正极极片。
将上述得到的负极极片、正极极片及隔膜卷绕好用铝塑膜预封，将在溶剂(碳酸亚乙酯∶甲基乙基碳酸酯∶碳酸二乙酯体积比为1∶1∶1)中含有1摩尔的六氟磷酸锂的非水电解液12克注入上述的未完全封合的裸电芯中，然后进行热封，按照常规方式化成，即得到锂离子电池。该锂离子电池的设计容量为2200毫安时，经过化成及容量测试后，锂离子电池的厚度为5.4mm，平均容量为2200毫安时。
上述锂离子电池经过50次循环后，厚度为7.6mm，厚度增加率为40％，容量剩余率为90％，经过150次循环后，厚度为9.2mm，厚度增加率为70％，容量剩余率为75％。

Claims (10)

1.一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取硅材料、增塑剂、粘结剂和导电剂组成硅负极浆料固体配料组分，将所述固体配料组分在有机溶剂中分散，搅拌，制得硅负极浆料，所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的4％～30％；
(2)将所述硅负极浆料涂覆于集流体表面，进行干燥和辊压，随后将辊压后的极片置于甲醇或乙醇中进行萃取，干燥后制得锂离子电池硅负极极片。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述增塑剂选自苯二甲酸酯类、苯多酸酯类、己二酸丙二醇聚酯、癸二酸丙二醇聚酯和邻苯二甲酸聚酯中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述萃取方法为将辊压后的极片进行2～4次萃取，第一次萃取时间为4～8小时，萃取温度为20～25℃。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述硅材料为硅纳米颗粒、硅合金材料、硅氧碳复合材料或纳米硅/二氧化硅复合物。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述硅材料、粘结剂和导电剂分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的60％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述硅材料、粘结剂和导电剂分别占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的85％～90％、4％～5％和2％～5％，所述硅材料、粘结剂和导电剂与所述增塑剂占所述硅负极浆料固体配料组分总重量的100％。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池硅负极极片的制备方法，其特征在于，所述硅负极活性材料层的空隙率为20％～70％，孔径大小为0.01～10μm。
8.一种锂离子电池硅负极极片，其特征在于，所述锂离子电池硅负极极片按权利要求1～7中任一权利要求所述的制备方法制得，所述锂离子电池硅负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的硅负极活性材料层，所述硅负极活性材料层为多孔结构。
9.如权利要求8所述的一种锂离子电池硅负极极片，其特征在于，所述硅负极活性材料层的空隙率为20％～70％，孔径大小为0.01～10μm。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池由如权利要求8所述的锂离子电池硅负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成。
CN201210310161.1A 2012-08-28 2012-08-28 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池 Pending CN103633298A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210310161.1A CN103633298A (zh) 2012-08-28 2012-08-28 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池
PCT/CN2013/070457 WO2014032407A1 (zh) 2012-08-28 2013-01-15 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210310161.1A CN103633298A (zh) 2012-08-28 2012-08-28 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103633298A true CN103633298A (zh) 2014-03-12

Family

ID=50182427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210310161.1A Pending CN103633298A (zh) 2012-08-28 2012-08-28 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN103633298A (zh)
WO (1) WO2014032407A1 (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105633349A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池负极片及其制备方法以及锂离子电池
CN108780878A (zh) * 2016-03-01 2018-11-09 瓦克化学股份公司 处理用于电池的电极材料的方法
CN109449447A (zh) * 2018-10-17 2019-03-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池
CN109817890A (zh) * 2019-01-25 2019-05-28 东莞市创明电池技术有限公司 锂离子电池正电极的制备方法
CN109873136A (zh) * 2019-01-29 2019-06-11 鸿纳（东莞）新材料科技有限公司 一种孔隙率可控的石墨烯改性硅碳复合材料的制备方法
CN110048082A (zh) * 2019-04-03 2019-07-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片
CN110911630A (zh) * 2019-10-23 2020-03-24 东北大学 一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法
CN112490407A (zh) * 2020-12-02 2021-03-12 欣旺达电动汽车电池有限公司 电极极片及其制备方法和锂离子电池
CN113690447A (zh) * 2020-05-19 2021-11-23 华为技术有限公司 电池电极极片及其制备方法、电池和终端
CN114614010A (zh) * 2022-02-25 2022-06-10 万华化学(四川)有限公司 一种锂离子电池含硅负极浆料及其制备方法、应用
CN114759164A (zh) * 2022-06-13 2022-07-15 新乡市中天新能源科技股份有限公司 一种锂电池负极片的制备方法及其应用
CN115295764A (zh) * 2022-07-29 2022-11-04 江苏正力新能电池技术有限公司 一种负极极片及其制备方法和二次电池

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106405422B (zh) * 2015-07-27 2020-06-02 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池极片膨胀断裂的测试方法
CN110224112B (zh) * 2018-11-07 2022-02-22 山东华亿比科新能源股份有限公司 一种锂离子电池用二次造孔方法
CN110148705B (zh) * 2019-05-29 2021-04-23 珠海冠宇电池股份有限公司 一种改善极片烘裂的方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540741A (en) * 1993-03-05 1996-07-30 Bell Communications Research, Inc. Lithium secondary battery extraction method
CN101894940A (zh) * 2010-08-03 2010-11-24 哈尔滨工业大学 用于锂离子电池的多孔硅基负极及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058044A (ja) * 1998-08-06 2000-02-25 Japan Storage Battery Co Ltd 有孔性ポリマー電解質を備えた電極の製造方法およびその電極を用いた非水電解質二次電池
CN101154749A (zh) * 2006-09-28 2008-04-02 万向电动汽车有限公司 一种高容量聚合物锂离子动力电池用凝胶聚合物电解质膜
CN101188281A (zh) * 2006-11-16 2008-05-28 吴乃立 用于锂离子二次电池的负极活性材料、其制备方法及含此负极活性材料的锂离子二次电池
CN102237512B (zh) * 2010-04-21 2013-12-18 比亚迪股份有限公司 一种负极材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540741A (en) * 1993-03-05 1996-07-30 Bell Communications Research, Inc. Lithium secondary battery extraction method
CN101894940A (zh) * 2010-08-03 2010-11-24 哈尔滨工业大学 用于锂离子电池的多孔硅基负极及其制备方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105633349A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池负极片及其制备方法以及锂离子电池
CN108780878A (zh) * 2016-03-01 2018-11-09 瓦克化学股份公司 处理用于电池的电极材料的方法
CN108780878B (zh) * 2016-03-01 2022-01-25 瓦克化学股份公司 处理用于电池的电极材料的方法
CN109449447A (zh) * 2018-10-17 2019-03-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 二次电池
CN109817890A (zh) * 2019-01-25 2019-05-28 东莞市创明电池技术有限公司 锂离子电池正电极的制备方法
CN109873136B (zh) * 2019-01-29 2021-10-22 鸿纳（东莞）新材料科技有限公司 一种孔隙率可控的石墨烯改性硅碳复合材料的制备方法
CN109873136A (zh) * 2019-01-29 2019-06-11 鸿纳（东莞）新材料科技有限公司 一种孔隙率可控的石墨烯改性硅碳复合材料的制备方法
CN110048082A (zh) * 2019-04-03 2019-07-23 合肥国轩高科动力能源有限公司 减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片
CN110911630A (zh) * 2019-10-23 2020-03-24 东北大学 一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法
CN113690447A (zh) * 2020-05-19 2021-11-23 华为技术有限公司 电池电极极片及其制备方法、电池和终端
CN112490407A (zh) * 2020-12-02 2021-03-12 欣旺达电动汽车电池有限公司 电极极片及其制备方法和锂离子电池
CN112490407B (zh) * 2020-12-02 2023-12-01 欣旺达动力科技股份有限公司 电极极片及其制备方法和锂离子电池
CN114614010A (zh) * 2022-02-25 2022-06-10 万华化学(四川)有限公司 一种锂离子电池含硅负极浆料及其制备方法、应用
CN114614010B (zh) * 2022-02-25 2024-04-09 万华化学(四川)有限公司 一种锂离子电池含硅负极浆料及其制备方法、应用
CN114759164A (zh) * 2022-06-13 2022-07-15 新乡市中天新能源科技股份有限公司 一种锂电池负极片的制备方法及其应用
CN114759164B (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 新乡市中天新能源科技股份有限公司 一种锂电池负极片的制备方法及其应用
CN115295764A (zh) * 2022-07-29 2022-11-04 江苏正力新能电池技术有限公司 一种负极极片及其制备方法和二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014032407A1 (zh) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103633298A (zh) 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池
CN103811719B (zh) 一种锂离子电池硅负极极片及其制备方法和锂离子电池
KR102502618B1 (ko) 이차 전지, 이차 전지를 포함하는 전지 모듈, 전지 팩 및 장치
CN105304936A (zh) 一种锂离子二次电池
EP2541566A1 (en) Manufacturing method for long-lived negative electrode and capacitor battery adopting the same
CN102361095B (zh) 一种高比功率锂离子电池及其制备方法
EP2541671A1 (en) Capacitor cell with high-specific-energy organic system
CN102610861A (zh) 锂离子电池的制备方法
CN104037418A (zh) 一种锂离子电池正极膜及其制备和应用
CN103515574B (zh) 非水电解液二次电池用电极及非水电解液二次电池
JP2008293875A (ja) 非水電解液二次電池用正極およびそれを用いた非水電解液二次電池
CN105161694A (zh) 一种锂离子电池用硅-碳-石墨烯复合负极的制备方法
CN104009215B (zh) 一种二氧化钒-石墨烯复合物及其用作锂离子电池正极材料的用途
CN109859951A (zh) 一种碳基复合负极材料及其制备方法以及一种化学电源及其制备方法
CN105428636A (zh) 一种基于钛酸锂的锂离子电池负极材料及其制备方法
WO2018059180A1 (zh) 一种高功率高能量化学电源及其制备方法
CN116918132A (zh) 一种电池包及其用电装置
CN105355903A (zh) 一种基于镍锰酸锂的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN112563465A (zh) 负极浆料、负极片、锂离子软包电芯、锂离子电池包及其应用
CN104247098A (zh) 二次电池用负极及其制造方法以及二次电池
CN108039453B (zh) 一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法
CN108649262A (zh) 一种固态电池用有机硅基缓冲层及其制备方法以及应用
CN212365998U (zh) 一种锂固态电池的电极构造
CN113594418A (zh) 正极极片的制备方法、电池的制备方法、正极极片及电池
CN106654388A (zh) 软包圆柱电池的制备方法及软包圆柱电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140312

RJ01 Rejection of invention patent application after publication