CN109244386A - 一种高能量含硅锂电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能量含硅锂电池，其正极的导电剂为0.02‑0.06％的单壁碳纳米管和0.2‑0.6％的石墨烯：负极片由按以下重量份计的以下组分制成：补足至100％的负极活性物质、0‑1％的导电炭黑、0.02‑0.08％单壁碳纳米管、1‑2％的CMC和1.2‑2.5％的粘结剂；所述负极活性物质为碳硅和/或氧硅，其克容量≥650mAh/g；所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按5‑7:1:2‑4的重量比混合而成。该高能量含硅锂电池，通过对正极和负极导电剂成分的优化、对粘结剂的优化，使其具有较佳的充电放电稳定性、抗体积膨胀性，在高能量的前提下具有较佳的循环性能和稳定性。

Description

一种高能量含硅锂电池及制备方法
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种高能量含硅锂电池及制备方法。
背景技术
随着移动电子设备的发展，电池的需求越来越大，对电池的容量、电压以及使用寿命都提出了更高的要求。锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
18650锂离子电池是由日本SONY最先开发的一种标准性的锂离子电池型号，属于锂离子二次电池。其中18表示直径为18mm，65表示长度为65mm，0表示为圆柱形电池。18650锂离子电池产品用于笔记本电源、移动电源等3C(计算机、通信、消费类电子产品)电子产品中。
市面上的锂离子电池存在着电芯的安全性能差、容量低、单位体积容量低、功率低、以及循环性能差的多种缺点。其次是现有18650锂离子电池的正极材料锰酸锂和磷酸铁锂比能量低，正极材料钴酸锂价格高，现有的三元材料比能量或价格性价比低，且加工易出现吸水后浆料变稠，导致涂布面密度不稳定，由此导致了多种问题，如生产的产品合格率低于90％，产品的安全性能差，电池的热稳定性差内部短路后容易热扩散，爆炸起火，循环性能0.5C/0.5C充放低于300周，功率性能低电池放电平台低为3.6V等缺点。
硅碳或硅氧作为锂电池的负极材料具有较高的电池特异性容量，但是，含硅的负极材料相对于传统的负极活性物质，在充电和放电过程中，常常要遭受较大的体容量变化，从而造成硅结构的破坏以及持续的副反应，从而减少了电池的循环寿命。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种安全性能高、循环性能佳的高能量含硅锂电池。
本发明的目的之二在于提供该锂电池的制备方法。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种高能量含硅锂电池，
其正极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的正极活性物质、0.02-0.06％的单壁碳纳米管、0.2-0.6％的石墨烯、1-2％的聚偏氟乙烯；
其负极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的负极活性物质、0-1％的导电炭黑、0.02-0.08％单壁碳纳米管、1-2％的CMC和1.2-2.5％的粘结剂；
所述负极活性物质为碳硅和/或氧硅，所述负极活性物质的克容量≥650mAh/g；所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按5-7:1:2-4的重量比混合而成。
进一步地，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述负极活性物质为碳硅。
进一步地，所述正极片由正极按照400-500g/m2的面密度于金属铝箔上。
进一步地，所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按6:1:3的重量比混合而成。
进一步地，所述负极活性材料为多孔碳硅/氧硅复合材料，其制备方法为SiO球磨后与Mg粉共研磨，经稀盐酸酸蚀干燥后，经CVD在表面沉积碳。
进一步地，所述负极片由负极浆料以120-190g/m2的面密度涂覆于金属铜箔上，辊压成压实密度为1.4-1.75g/m3的负极片。
进一步地，丁苯橡胶的直径为150-250nm。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种制备上述的高能量含硅锂电池的方法，包括以下步骤：
1)制备正极片：将配方量的正极活性物质、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到5000-9000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照400-500g/㎡的面密度涂覆于厚度为10-16μm的金属铝箔上，干燥后，辊压压实得到正极片；
2)制备负极片：向负极活性材料中加导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到3000-6000mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以120-190g/㎡的面密度涂覆于厚度为6-9μm的金属铜箔上，干燥后，辊压成硅碳压实密度为1.44-1.75g/mm3的负极片。
进一步地，还包括：
I)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜的厚度为9-25μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-85--95MPa，于75-95℃恒温恒压烘烤，之后充氮至气压为-35--45MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施8-14小时，至卷芯中水分含量≤300PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入4.5-6.0g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；
IV)将电芯放置在温度为30-40℃的环境下活化24-48小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度25-35℃的环境下老化4-6天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在室温的环境下老化4-6天，制成高能量含硅锂电池。
进一步地，正极片的制备步骤和负极片的制备步骤中，干燥至水分含量≤0.15％。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的高能量含硅锂电池，通过对导电物质的优化和对粘结剂的优化，能有效减少含硅的负极活性物质在充电放电过程中的碳脱落、电损耗、体积变化等，在提高其比能的基础上，使其具有更佳的循环性、持效性：
1)正极使用单壁碳纳米管、石墨烯作为复合导电剂，使镍钴铝酸锂或镍钴锰酸锂正极活性材料具有较高的活性锂离子浓度；
2)配合高容量或多孔的硅碳硅氧复合作为负极活性材料，配合导电炭黑和单壁碳纳米管作为复合导电剂，以在负极活性材料内形成电网，放电充电过程微观结构内均匀、充分、比表接触面积大，不易膨胀；
3)通过使用丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA三元复合且优化比例的粘结剂，来增强对硅在充放电过程中的膨胀约束，能有效减少含硅负极活性物质在充电放电过程中的体积变化对电池的影响，保证电池的循环性能。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种高能量含硅锂电池，
其正极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的正极活性物质、0.02-0.06％的单壁碳纳米管、0.2-0.6％的石墨烯、1-2％的聚偏氟乙烯；
其负极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的负极活性物质、0-1％的导电炭黑、0.02-0.08％单壁碳纳米管、1-2％的CMC和1.2-2.5％的粘结剂；
所述负极活性物质为碳硅和/或氧硅，所述负极活性物质的克容量≥650mAh/g；所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按5-7:1:2-4的重量比混合而成。
该高能量含硅锂电池，通过对导电物质的优化和对粘结剂的优化，能有效减少含硅的负极活性物质在充电放电过程中的碳脱落、电损耗、体积变化等，在提高其比能的基础上，使其具有更佳的循环性、持效性：
1)正极使用单壁碳纳米管、石墨烯作为复合导电剂，使镍钴铝酸锂或镍钴锰酸锂正极活性材料具有较高的活性锂离子浓度；
2)配合高容量或多孔的硅碳硅氧复合作为负极活性材料，配合导电炭黑和单壁碳纳米管作为复合导电剂，以在负极活性材料内形成电网，放电充电过程微观结构内均匀、充分、比表接触面积大，不易膨胀；
3)通过使用丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA三元复合且优化比例的粘结剂，来增强对硅在充放电过程中的膨胀约束，能有效减少含硅负极活性物质在充电放电过程中的体积变化对电池的影响，保证电池的循环性能。
正极片中，优选的正极片由按重量百分比计的以下组成制成：
补足至100％的正极活性物质、0.03-0.05％的单壁碳纳米管、0.3-0.5％的石墨烯、1.7-1.9％的聚偏氟乙烯；正极片制备过程中，正极浆料的涂覆面密度优选为450-490g/m2；
负极片中，优选的负极片由按重量百分比计的以下组成制成：
补足至100％的负极活性物质、0.5-0.6％的导电炭黑、0.03-0.04％单壁碳纳米管、1.5-1.6％的CMC和1.6-2.0％的粘结剂；负极片制备过程中，负极浆料的涂覆面密度优选为1.60-1.62g/m2；
本申请中的负极活性物质可以是市售的硅碳或氧化亚硅，也可以采用以下的手段制得：
一种负极活性材料，其制备方法包括以下步骤：
1)取市售SiO粉加直径为10mm氧化锆球体球磨1h，加入25mol％的200目的Mg粉继续球磨2h，加入1.5M的稀盐酸，震荡6h，过滤，滤渣水洗真空干燥；
2)将步骤1)真空干燥得到的粉体铺在器皿上，置入CVD反应室，引入氩气和气相甲苯，以沉积至碳的含量为15wt％，得到多孔碳硅/氧硅复合材料。
本发明还提供制备上述高能量含硅锂电池的方法，包括以下步骤：
正极片的制备：正极片的制备：向配方量的正极活性物质、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到6000-9000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照400-500g/㎡的面密度涂覆于厚度为10-16μm的金属铝箔上，干燥后，辊压成正极片；
负极片的制备：向硅碳、导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到3000-6000mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以120-190g/㎡的面密度涂覆于厚度为6-9μm的金属铜箔上，干燥后，辊压成硅碳压实密度为1.4-1.75g/mm3的负极片。
实施例1：
一种正极片，由按重量百分比计的以下组分制成：98.0％的镍钴铝酸锂、0.03％的单壁碳纳米管、0.2％的石墨烯和1.77％的聚偏氟乙烯。
向配方量的镍钴铝酸锂、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1700rpm的搅拌速度下制浆；再在高速分散机下以3500rmp的速度分散至粘度达到7000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照485g/㎡的面密度涂覆于厚度为13μm的金属铝箔上，干燥至水分≤0.15％后，辊压压实得到正极片。
实施例2：
一种正极片，由按重量百分比计的以下组分制成：97.8％的镍钴锰酸锂、0.03％的单壁碳纳米管、0.3％的石墨烯和1.87％的聚偏氟乙烯。
向配方量的镍钴锰酸锂、单壁碳纳米管、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1700rpm的搅拌速度下制浆；再在高速分散机下以4500rmp的速度分散至粘度达到7000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照400g/㎡的面密度涂覆于厚度为10μm的金属铝箔上，干燥至水分≤0.15％后，辊压压实得到正极片。
实施例3：
一种正极片，由按重量百分比计的以下组分制成：98.3％的镍钴锰酸锂、0.05％的单壁碳纳米管、0.6％的石墨烯和1.05％的聚偏氟乙烯。
向配方量的镍钴锰酸锂、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1700rpm的搅拌速度下制浆；再在高速分散机下以4000rmp的速度分散至粘度达到8000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照500g/㎡的面密度涂覆于厚度为16μm的金属铝箔上，干燥至水分≤0.15％后，辊压压实得到正极片。
实施例4：
一种正极片，由按重量百分比计的以下组分制成：97.5％的镍钴铝酸锰、0.06％的单壁碳纳米管、0.4％石墨烯和2％的聚偏氟乙烯。
向配方量的镍钴锰酸锂、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1700rpm的搅拌速度下制浆；再在高速分散机下以4500rmp的速度分散至粘度达到7000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照490g/㎡的面密度涂覆于厚度为12μm的金属铝箔上，干燥至水分≤0.15％后，辊压压实得到正极片。
实施例5：
一种负极活性材料，其制备方法包括以下步骤：
1)取市售SiO粉加直径为10mm氧化锆球体球磨1h，加入25mol％的200目的Mg粉继续球磨2h，加入1.5M的稀盐酸，震荡6h，过滤，滤渣水洗真空干燥；
2)将步骤1)真空干燥得到的粉体铺在器皿上，置入CVD反应室，引入氩气和气相甲苯，以沉积至碳的含量为15wt％，得到多孔碳硅/氧硅复合材料。
实施例6：
一种负极片，由按质量分数计的以下组分制成：96.0％的硅碳、1％的导电炭黑、0.02％的单壁碳纳米管、1.3％的CMC、1.68％的粘结剂，该硅碳为市售的克容量大于660mAh/g的硅碳，该粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸、PMMA按5:1:4的重量比混合而成。
该负极片的制备方法包括以下步骤：向硅碳、导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1500rpm的搅拌速度下制浆；再在高速分散机下以3000rmp的速度分散至粘度达到5000mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以160g/㎡的面密度涂覆于厚度为9μm的金属铜箔上，干燥后，辊压成硅碳压实密度为1.65g/mm3的负极片。
实施例7：
一种负极片，由按质量分数计的以下组分制成：96％的硅碳、0.5％的导电炭黑、0.02％的单壁碳纳米管、1.5％的CMC、1.98％的粘结剂，该硅碳为市售的克容量为660mAh/g，该粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸、PMMA按7:1:2混合而成。该负极片的制备方法包括以下步骤：向硅碳、导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1500rpm的搅拌速度下搅拌2h制浆；再在高速分散机下以3500rmp的速度分散至粘度达到4200mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以155g/㎡的面密度涂覆于厚度为8μm的金属铜箔上，烘干至负极片含水量小于等于0.15％，辊压成硅碳压实密度为1.60g/mm3的负极片。
实施例8：
一种负极片，由按质量分数计的以下组分制成：96％的实施例5制得的多孔碳硅/氧硅复合材料、0.6％的导电炭黑、0.03％的单壁碳纳米管、1.6％的CMC、1.77％的粘结剂，该粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸、PMMA按6:1:3的重量比混合而成。
该负极片的制备方法包括以下步骤：向硅碳、导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1500rpm的搅拌速度下搅拌2h制浆；再在高速分散机下以3800rmp的速度分散至粘度达到5500mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以160g/㎡的面密度涂覆于厚度为8μm的金属铜箔上，烘干至负极片含水量小于等于0.15％，辊压成硅碳压实密度为1.62g/mm3的负极片。
实施例9：
一种负极片，由按质量分数计的以下组分制成：96％的实施例5制得的多孔碳硅/氧硅复合材料、0.6％的导电炭黑、0.04％的单壁碳纳米管、1.6％的CMC、1.76％的粘结剂，该粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸、PMMA按6:1:3的重量比混合而成。
该负极片的制备方法包括以下步骤：向硅碳、导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中于以自转速度为48rpm、公转速度为1500rpm的搅拌速度下搅拌2h制浆；再在高速分散机下以3800rmp的速度分散至粘度达到5500mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以163g/㎡的面密度涂覆于厚度为8μm的金属铜箔上，烘干至负极片含水量小于等于0.15％，辊压成硅碳压实密度为1.62g/mm3的负极片。
实施例10：
一种高能量含硅锂电池的制备方法，包括如下步骤：
I)将实施例1正极片分切成58mm宽、将实施例6的负极片分切成58mm宽；采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜由PP/PE基材制备，厚度为12μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-90MPa，于85℃恒温恒压烘烤，之后充氮至气压为-40MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施10小时，至卷芯中水分含量≤200PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入5.1g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；该步骤中各项操作在环境温度为20℃、露点≦-40--43℃的环境中完成；
IV)将电芯放置在温度为30℃的环境下活化35小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度35℃的环境下老化5天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在30℃的环境下老化5天，制成高能量含硅锂电池。
实施例11：
一种高能量含硅锂电池的制备方法，包括如下步骤：
I)将实施例2正极片分切成58.5mm宽、将实施例7的负极片分切成59.5mm宽；采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜由PE基材制备，厚度为12μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-85MPa，于75℃恒温恒压烘烤，之后充氮至气压为-35MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施14小时，至卷芯中水分含量≤200PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入5.0g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；该步骤中各项操作在环境温度为20℃、露点≦-40--43℃的环境中完成；
IV)将电芯放置在温度为35℃的环境下活化30小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度30℃的环境下老化5天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在25℃的环境下老化5天，制成高能量含硅锂电池。
实施例12：
一种高能量含硅锂电池的制备方法，包括如下步骤：
I)将实施例3正极片分切成58mm宽、将实施例8的负极片分切成59mm宽；采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜由PP基材制成，厚度为12μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-95MPa，在95℃恒温恒压下烘烤，之后充氮至气压为-45MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施9小时，至卷芯中水分含量≤200PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入4.9g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；该步骤中各项操作在环境温度为25℃、露点≦-40--41℃的环境中完成；
IV)将电芯放置在温度为35℃的环境下活化40小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度30℃的环境下老化5天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在25℃的环境下老化5天，制成高能量含硅锂电池。
实施例13：
一种高能量含硅锂电池的制备方法，包括如下步骤：
I)将实施例4正极片分切成58mm宽、将实施例9的负极片分切成59mm宽；采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜由PP基材制成，厚度为12μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-95MPa，在95℃恒温恒压下烘烤，之后充氮至气压为-45MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施9小时，至卷芯中水分含量≤200PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入4.9g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；该步骤中各项操作在环境温度为25℃、露点≦-40--41℃的环境中完成；
IV)将电芯放置在温度为35℃的环境下活化40小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度30℃的环境下老化5天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在25℃的环境下老化5天，制成高能量含硅锂电池。
性能检测与效果评价
1.电池质量检测
分别取1000件实施例10-13得到的高能量含硅锂电池，按照国标规定的电池安全要求及试验方法进行安检通过率、平均循环性能、放电平台的检测，结果如下表所示：
表1电池性能检测结果表
项目 安检通过率 循环性能<sup>a)</sup> 放电平台 充电上限
实施例10 100％ 81.3％ 3.68V 4.35
实施例11 100％ 82.6％ 3.70V 4.35
实施例12 100％ 84.6％ 3.68V 4.35
实施例13 100％ 84.1％ 3.69V 4.35
注：0.5C充0.5C放500次容量保持率
由上表可知，本发明提供的高能量含硅锂电池的安检通过率均为100％，实施例10得到的高能量含硅锂电池的电池性能相对最佳。放电平台高达3.7V，充电上限电压4.2V提升到4.35V，克容量提升5％以上。
2.电池可靠性测试报告
分别取实施例11-13得到的高能量含硅锂电池，电芯0.3C标准充电后，静止30分钟，在此条件下以0.2C电流放电至下限电压，静止30分钟，如此循环500次。
由上表可知，由0.3C充电后经0.2C放电，循环500周后，能量仍然可以保持在84％左右，具有较佳的循环性能。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高能量含硅锂电池，其特征在于，
其正极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的正极活性物质、0.02-0.06％的单壁碳纳米管、0.2-0.6％的石墨烯、1-2％的聚偏氟乙烯；
其负极片由按重量百分比计的以下组分制成：补足至100％的负极活性物质、0-1％的导电炭黑、0.02-0.08％单壁碳纳米管、1-2％的CMC和1.2-2.5％的粘结剂；
所述负极活性物质为碳硅和/或氧硅，所述负极活性物质的克容量≥650mAh/g；所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按5-7:1:2-4的重量比混合而成。
2.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，所述正极活性物质为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述负极活性物质为碳硅。
3.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，所述正极片由正极按照400-500g/m2的面密度于金属铝箔上。
4.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，所述粘结剂由丁苯橡胶、丙烯酸和PMMA按6:1:3的重量比混合而成。
5.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，所述负极活性材料为多孔碳硅/氧硅复合材料，其制备方法为SiO球磨后与Mg粉共研磨，经稀盐酸酸蚀干燥后，经CVD在表面沉积碳。
6.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，所述负极片由负极浆料以120-190g/m2的面密度涂覆于金属铜箔上，辊压成压实密度为1.4-1.75g/m3的负极片。
7.如权利要求1所述的高能量含硅锂电池，其特征在于，丁苯橡胶的直径为150-250nm。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的高能量含硅锂电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备正极片：将配方量的正极活性物质、单壁碳纳米管、石墨烯、聚偏氟乙烯加入N-甲基吡咯烷酮，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到5000-9000mPa·s，得到正极浆料，将正极浆料按照400-500g/㎡的面密度涂覆于厚度为10-16μm的金属铝箔上，干燥后，辊压压实得到正极片；
2)制备负极片：向负极活性材料中加导电炭黑、单壁碳纳米管、CMC、粘结剂加入去离子水，在双行星打浆机中制浆，再在高速分散机分散至粘度达到3000-6000mPa·s，得到负极浆料，将负极浆料以120-190g/㎡的面密度涂覆于厚度为6-9μm的金属铜箔上，干燥后，辊压成硅碳压实密度为1.44-1.75g/mm3的负极片。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
I)将正极片、负极片分别按照要求安装在全自动卷绕机上，采用隔膜隔离正极片和负极片，同时正极片焊接铝带正极耳，负极片焊接镍带负极耳进行卷绕，制成卷芯；所述隔膜的厚度为9-25μm；
II)将卷芯插入治具中，放入真空烤箱，通过抽真空至-85--95MPa，于75-95℃恒温恒压烘烤，之后充氮至气压为-35--45MPa；抽真空、烘烤、充氮气循环实施8-14小时，至卷芯中水分含量≤300PPM；
III)将卷芯安装进钢壳中，焊接负极耳与钢壳，安装上垫片，滚槽，测试短路，注入4.5-6.0g电解液，焊接正极耳与盖帽，再将盖帽与钢壳扣合密封形成电芯；清洗电芯外表面；
IV)将电芯放置在温度为30-40℃的环境下活化24-48小时后，安装到化成柜上进行化成；将电芯先在温度25-35℃的环境下老化4-6天，然后对电芯进行电压内阻筛选，筛选电芯分容单充电压在3.6-3.9V的电芯，再放在室温的环境下老化4-6天，制成高能量含硅锂电池。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，正极片的制备步骤和负极片的制备步骤中，干燥至水分含量≤0.15％。
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