CN108428930A - 一种含硅基负极片的电芯制备方法 - Google Patents

一种含硅基负极片的电芯制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及本发明涉及一种电池的制备方法，尤其涉及一种含硅基负极片的电芯制备方法。它依次包括电芯形成、注电解液，其特征在于：它还依次包括将注电解液后的电芯放到压力化成柜上进行预化和化成处理步骤，所述的预化阶段电流是0.005C～0.2C，压力设置在0.1～1.0Mpa，电压设置在3.4V～3.95V；所述的化成阶段电流设置在0.1C～1.0C，压力设置在0.1～1.0Mpa,温度在25～60℃，充电电压在4.2V～4.4V，放电电压在3.2V～2.5V。该电芯解决电芯表面褶皱的问题，减少电芯厚度膨胀，提升电芯循环性能。

Description

一种含硅基负极片的电芯制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池的制备方法，尤其涉及一种含硅基负极片的电芯制备方法。
背景技术
随着电子产品及电动车对能量密度要求的提高，能量密度接近极限的石墨阳极体系的锂离子电池逐渐不能满足要求，具有高容量的硅基材料作为石墨材料的有力替代者成为目前研究的一个热点。但硅基材料在脱锂前后会产生巨大的体积变化，导致电芯首次充电时，集流体上产生褶皱引起卷绕及叠片电芯的严重鼓胀。虽然软包电芯经抽气封口后，表面变薄，变平，但底部依旧有明显褶皱，另外极片褶皱导致电芯的厚度增加，电芯重量增加，循环性能下降。为了缓解硅负极的体积膨胀造成的影响，目前通常的做法是在石墨中加入5％～30％的硅负极材料。但这样导致负极克容量提升有限，电芯的比容量及比能量仍不能满足对能力密度的要求。另一方面，石墨中加入5％～30％的硅时，电芯的倍率性能及循环性能不如纯硅负极。
发明内容
针对上述技术问题，本发明解决的技术问题是电芯表面褶皱的问题。为解决该技术问题，本发明提供一种含硅基负极片的电芯制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种含硅基负极片的电芯制备方法，依次包括电芯形成、注电解液，其特征在于：它还依次包括将注电解液后的电芯放到压力化成柜上进行预化和化成处理步骤，所述的预化阶段电流是0.005C～0.2C，压力设置在0.1～1.0Mpa，电压设置在3.4V～3.95V；所述的化成阶段电流设置在0.1C～1.0C，压力设置在0.1～1.0Mpa,温度在25～60℃，充电电压在4.2V～4.4V，放电电压在3.2V～2.5V。
进一步：在上述含硅基负极片的电芯制备方法中，所述的预化阶段压力就0.2～0.8Mpa，温度在25～60℃。所述的化成阶段压力是0.2～0.8Mpa，温度25～45℃。
所述的电芯形成包括硅负极片的制备、正负极片的冲切片以及冲切后的正极片，负极片、隔膜叠片卷绕和干燥。所述的干燥温度为85℃～150℃，时间为24～36h，注液前水分控制在200ppm以下。
所述的硅负极片的制备过程为，
所述的硅负极片的制备过程为，
A、水性负极浆料制备：将5～20wt％聚丙烯酸PAA溶解到水中，然后依次加入4～10wt％导电碳黑Super P Li及70～90wt％硅基纳米颗粒，混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在1000～3000mpa.s；B、将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。所述的步骤A中的硅基纳米颗粒是指各氧化硅，硅单质，硅碳混合颗粒中的至少一种。
或者：所述的硅负极片的制备过程为，
A、油性负极浆料制备：将5～20wt％聚丙烯酸、聚酰亚胺等其中一种粘结剂溶解到氮甲基吡咯烷酮NMP中，然后依次加入4～10wt％导电碳黑及70～90wt％硅基纳米颗粒，混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在2000～5000mpa.s；B、将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。所述的步骤A中的硅基纳米颗粒是指各氧化硅，硅单质，硅碳混合颗粒中的至少一种。
该化成工艺主要采用高温高压化成，压力范围在0.1～1.0Mpa，温度范围在25～60℃。通过在电芯表面施加一定的压力，使硅负极在充电过程中的无定向膨胀引起的褶皱转化为极片横向延展，电芯下线后极片表面平整，无褶皱，电芯外观平整，无褶皱。另外经过1～2周完整的充放电过程，硅负极表面生成由硅酸锂等物质构成的缓冲层，结合硅负极表面包覆碳形成的稳定SEI膜，电芯在下线后的使用过程中厚度膨胀率明显降低。
另外，该化成工艺尤其适用于阳极补锂电芯制作。
阳极补锂时，通过补锂机将锂粉均匀的洒在硅阳极表面，经碾压，注液后，采用该化成工艺，可有效解决极片起皱及电芯表面不平整的问题。
制作阳极补锂电芯时，该化成工艺需要先使用小电流预化，该预化过程指电芯抽气封口前的形成SEI膜的充放电过程。预化电流通常在0.005C～0.05C。由于阳极补锂后的电芯在注液后，锂粉可能未完全反应，残留在阳极表面，如果采用大电流预化，电芯极化大，锂离子以表面残留的锂为晶核直接沉积在表面，导致电芯的容量降低，循环性能下降，安全性能下降。
与现有技术相比，本发明含硅基负极片的电芯制备方法，依次包括电芯形成、注电解液，其特征在于：它还依次包括将注电解液后的电芯放到压力化成柜上进行预化和化成处理步骤，所述的预化阶段电流是0.005C～0.2C，压力设置在0.1～1.0Mpa，电压设置在3.4V～3.95V；所述的化成阶段电流设置在0.1C～1.0C，压力设置在0.1～1.0Mpa,温度在25～60℃，充电电压在4.2V～4.4V，放电电压在3.2V～2.5V。解决电芯表面极片褶皱的问题，减少电芯厚度膨胀，提升电芯循环性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面实施例对本发明进行进一步详细描述。
实施例1：将10％PAA溶解到水中，然后依次加入5％Super P Li及85％SiO纳米颗粒，待混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在1000～3000mpa.s.将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。
涂布后的负极大卷经干燥后，冲切成小片。
使用冲切后的正极片，负极片、隔膜叠片，100℃下干燥24～36h，注液前水分控制在200ppm以下。
将注液后的小片在压力化成柜上进行预化及化成，工步参数如下：
压力化成柜设置：压力0.1～1.0Mpa。
1、0.02C恒流充电至3.4V，0.1C恒流充电至3.95V。
2、高温静置后，抽气封口。
3、0.1C恒流充电至4.4V，0.2C恒流放电至2.5V。
4、0.5C恒流充电至4.4V，0.5C恒流放电至2.5V。
5、1C恒流充电至3.8V。
实施例2：将10％聚酰亚胺溶解到氮甲基吡咯烷酮NMP溶剂中，然后依次加入5％Super P Li及85％SiO纳米颗粒，待混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在2000～5000mpa.s.
将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。
涂布后的负极大卷经干燥后，冲切成小片。
使用冲切后的正极片，负极片、隔膜叠片，100℃下干燥24～36h，注液前水分控制在200ppm以下。
将注液后的小片在压力化成柜上进行预化及化成，工步参数如下：
压力化成柜设置：压力0.1～1.0Mpa。
1、0.02C恒流充电至3.4V，0.1C恒流充电至3.95V。
2、高温静置后，抽气封口。
3、0.1C恒流充电至4.4V，0.2C恒流放电至2.5V。
4、0.5C恒流充电至4.4V，0.5C恒流放电至2.5V。
5、1C恒流充电至3.8V。
实施例3：与实施例1、2不一样的是，硅基纳米颗粒是硅单质颗粒。
实施例4：与实施例1、2不一样的是，硅基纳米颗粒是硅碳混合颗粒
上述实施例的所得的负极片测试性能以及电芯循环寿命如附表1。
表1：
实施例 极片表面外观 循环寿命
1 无褶皱 200～250周
2 无褶皱 200～250周
3 无褶皱 50～100周
4 无褶皱 100～150周
显然，本发明的上述实施例得出电芯负极无褶皱，减少电芯厚度膨胀，提升电芯循环性能。该实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含硅基负极片的电芯制备方法，依次包括电芯形成、注电解液，其特征在于：它还依次包括将注电解液后的电芯放到压力化成柜上进行预化和化成处理步骤，所述的预化阶段电流是0.005C～0.2C，压力设置在0.1～1.0Mpa，电压设置在3.4V～3.95V；所述的化成阶段电流设置在0.1C～1.0C，压力设置在0.1～1.0Mpa,温度在25～60℃，充电电压在4.2V～4.4V，放电电压在3.2V～2.5V。
2.根据权利要求1所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的预化阶段压力就0.2～0.8Mpa，温度在25～60℃。
3.根据权利要求2所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的化成阶段压力是0.2～0.8Mpa，温度25～45℃。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的电芯形成包括硅负极片的制备、正负极片的冲切片以及冲切后的正极片，负极片、隔膜叠片卷绕和干燥。
5.根据权利要求4所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的干燥温度为85℃～150℃，时间为24～36h，注液前水分控制在200ppm以下。
6.根据权利要求4所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的硅负极片的制备过程为，
A、水性负极浆料制备：将5～20wt％聚丙烯酸溶解到水中，然后依次加入4～10wt％导电碳黑及70～90wt％硅基纳米颗粒，混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在1000～3000mpa.s；
B、将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。
7.根据权利要求6所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的步骤A中的硅基纳米颗粒是指各氧化硅，硅单质，硅碳混合颗粒中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的硅负极片的制备过程为，
A、油性负极浆料制备：将5～20wt％聚丙烯酸或聚酰亚胺溶解到氮甲基吡咯烷酮NMP中，然后依次加入4～10wt％导电碳黑及70～90wt％硅基纳米颗粒，混合均匀后，得到负极浆料，浆料粘度控制在2000～5000mpa.s；
B、将硅负极浆料均匀的涂布在8μ铜箔上，涂布温度控制在60～90℃。
9.根据权利要求8所述的含硅基负极片的电芯制备方法，其特征在于：所述的步骤A中的硅基纳米颗粒是指各氧化硅，硅单质，硅碳混合颗粒中的至少一种。
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