CN114566618B - 一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磷酸铁锂电池领域，为解决现有现有技术下石墨负极理论克容量不高无法实现提高锂电池体积能量密度的问题，公开了一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，包括正极片的制备；负极片制备；电芯制备；经过注入电解液并活化；负极片的活性材料中添加了碳包覆的多孔氧化亚硅。本发明在负极引入氧化亚硅，并找到了适合的添加比例，使电池的体积能量密度达到最大，在负极引入碳包覆多孔氧化亚硅，循环性能好，预嵌锂还可提升电池的首次库伦效率。

Description

一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明涉及磷酸铁锂电池领域，尤其涉及一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法。
背景技术
基于对能源安全及环境污染的担忧，近年来我国的新能源汽车行业迅速发展。电动汽车是新能源汽车的一种，其核心技术在于提供汽车动力的电池，目前磷酸铁锂电池是电动汽车常用电池之一。在相同能耗、电池包体积和重量都受到严格限制的情况下，电动汽车的单次最大行驶里程主要取决于电池的能量密度，电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。随消费者对电动汽车的续航里程的要求不断提高，以石墨作为负极材料的磷酸铁锂电池的体积能量密度已经无法满足需求。
例如，一种在中国专利文献上公开的“改性石墨及其制备方法、锂电池负极材料、锂电池负极片和锂电池”，其公告号为CN112830484A，该改性石墨的制备方法包括：对石墨进行氧化预处理，得到预处理石墨；将含有预处理石墨与含羟基聚合物的混合物与氯化锌进行络合反应，然后干燥，得到前驱体；将所述前驱体进行碳化处理，得到改性石墨。本发明通过对石墨进行氧化预处理后将其和含羟基聚合物的混合物与氯化锌络合反应，干燥得到凝胶状前驱体，再将前驱体进行碳化处理得到sp2+sp3无定型碳包覆sp2石墨的核壳结构的多孔改性石墨。该发明对石墨进行改性，但是石墨自身较低的理论比容量限制了该发明电池的体积能量密度。
发明内容
本发明为了克服现有技术下石墨负极理论克容量不高无法实现提高锂电池体积能量密度的问题，提供一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，该方法制备的锂电池体积能量密度高，循环性能好。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，所述的制备方法步骤如下：
(1)正极片的制备：将磷酸铁锂材料、正极粘结剂以及导电剂在分散均匀后涂布于铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极极片；
(2)负极片制备：将负极活性材料、负极粘结剂及导电剂混合均匀后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片，负极活性材料包括石墨和氧化亚硅材料；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
氧化亚硅负极材料的理论比容量可以达到2400mAh/g，远高于石墨负极理论比容量，添加少量氧化亚硅就能显著提升电芯的能量密度，并且氧化亚硅较硅的循环性能更好。
作为优选，步骤(1)中正极粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为炭黑，磷酸铁锂材料、正极粘结剂及导电剂的质量比为(95-98):(1-3):1。
作为优选，步骤(2)中负极活性材料中氧化亚硅材料与石墨的质量比为(1-10)：(90-99)。
石墨可吸收部分氧化亚硅膨胀带来的影响，虽然氧化亚硅体积效应相对于硅来说较小，但是氧化亚硅添加比例较高仍会影响负极极片的循环性能和使用寿命。
作为优选，步骤(2)中氧化亚硅材料为碳包覆多孔氧化亚硅，碳包覆多孔氧化亚硅的制备步骤如下：
A、向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入硅源，搅拌后，再加入添加剂的水溶液，搅拌得到气凝胶，在室温中静置12-24h；
B、将步骤A所得的气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末；
C、将步骤B所得的气凝胶粉末在甲烷气氛中煅烧；
步骤A中蒸馏水、盐酸、硅源、硅酸钠溶液的体积比例为(15-25)：(2-4)：(2-5)：(0.5-1)。
有机硅烷气凝胶孔隙率高，将有机硅烷气凝胶在甲烷气氛中煅烧可得碳包覆多孔氧化亚硅，氧化亚硅的多孔结构有利于减少自身膨胀带来的影响，并且多孔氧化亚硅的孔隙及表面有无定形碳可进一步降低氧化亚硅的膨胀效应，提升负极极片循环性能。
作为优选，步骤A中硅源为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯中的一种或几种。
甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯中几种进行复配，可提升交联度提高孔隙率。
作为优选，步骤A还包括向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入锂盐、硅源，然后搅拌，再加入添加剂的水溶液，搅拌得到气凝胶，锂盐为氯化锂、乙酸锂、草酸锂、硝酸锂和硫酸锂中的一种或几种，锂盐与硅源的摩尔比为(0.2-3)：20。
气凝胶中吸附锂离子后煅烧可得到预嵌锂的碳包覆多孔氧化亚硅，提升负极极片的首次库伦效率。
作为优选，步骤A中添加剂为硅酸钠，添加剂的水溶液中添加剂与水的质量比为(15-30)：(70-85)。
硅酸钠可增加煅烧后碳包覆多孔氧化亚硅中氧化亚硅的含量，但同时硅酸钠含量增加也会使有机硅烷气凝胶的孔隙率下降。
作为优选，步骤C中煅烧温度为1200-1400℃，煅烧时间为1-2h。
作为优选，步骤C还包括向步骤B所得的气凝胶粉末在通入甲烷15-40min后，再将气凝胶粉末在甲烷气氛中煅烧。
在煅烧前向气凝胶粉末通入甲烷有利于甲烷进入气凝胶的孔隙中，使得煅烧更充分，孔隙中碳沉积更均匀，多孔氧化亚硅的性能提升效果更好。
作为优选，步骤(2)中负极粘结剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、聚丙烯酸和聚丙烯腈中的一种或多种，导电剂为石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种，负极活性材料、负极粘结剂及导电剂的质量比为100:(2.7-3.8):(0.3-1.0)。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)在负极引入氧化亚硅作为添加剂，并找到了适合的添加比例，使电池的体积能量密度达到最大；(2)在负极引入碳包覆多孔氧化亚硅，循环性能好，预嵌锂还可提升电池的首次库伦效率。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份聚偏氟乙烯(PVDF)及1重量份炭黑导电剂加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(2)负极片制备：以重量份计，将2.75重量份氧化亚硅、92.65重量份人造石墨、1.3重量份羧甲基纤维素(CMC)、2.3重量份丁苯橡胶(SBR)及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
实施例2
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(2)负极片制备：以重量份计，将3.66重量份氧化亚硅、91.74重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
实施例3
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(2)负极片制备：以重量份计，将4.58重量份氧化亚硅、90.82重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
实施例4
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(2)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
实施例5
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入二甲基二乙氧基硅烷，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、二甲基二乙氧基硅烷、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将4.58重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、90.82重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
实施例6
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入甲基三甲氧基硅烷，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、甲基三甲氧基硅烷、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
实施例7
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入甲基三甲氧基硅烷，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、甲基三甲氧基硅烷、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
实施例8
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入正硅酸乙酯，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、正硅酸乙酯、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
实施例9
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、硅酸钠溶液的体积比为20：3：4：1：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
实施例10
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸及氯化锂混匀，加入甲基三甲氧基硅烷搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、甲基三甲氧基硅烷、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，氯化锂的质量为甲基三甲氧基硅烷的1％，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
对比例1
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(2)负极片制备：以重量份计，将95.4重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(3)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(4)经过注入电解液并活化。
对比例2
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入甲基三甲氧基硅烷，蒸馏水、盐酸、甲基三甲氧基硅烷的体积比为20：3：5，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
对比例3
一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池，制备步骤如下：
(1)碳包覆多孔氧化亚硅的制备：向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入甲基三甲氧基硅烷，搅拌后，再加入质量分数为20％的硅酸钠水溶液，蒸馏水、盐酸、甲基三甲氧基硅烷、硅酸钠溶液的体积比为20：3：5：1，将溶液搅拌得到气凝胶，在室温中静置24h，气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末，气凝胶粉末放置于马弗炉中通入甲烷20min后，升温至1200℃在甲烷气氛中煅烧2h；称取Li4SiO4、Li4C与煅烧后粉末混匀后球磨1h，Li4SiO4、Li4C与煅烧后粉末的质量比为3.85：0.5：100；
(2)正极片的制备：以重量份计，将97重量份磷酸铁锂材料、2重量份PVDF及1重量份炭黑加入行星搅拌机中，分散均匀后以360g/m2的面密度涂布于12μm的铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极片；
(3)负极片制备：以重量份计，将5.91重量份步骤(1)制备所得的碳包覆多孔氧化亚硅、89.49重量份人造石墨、1.3重量份CMC、2.3重量份SBR及1重量份乙炔黑混合均匀，然后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片；
(4)电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
(5)经过注入电解液并活化。
将上述实施例及对比例所得的软包锂离子电池进行性能检测，所得数据如下表所示：
当负极片的活性材料中添加了多孔氧化亚硅时，锂离子电池的质量能量密度及体积能量密度均高于用纯石墨作为负极活性材料的电池，并且当多孔氧化亚硅的添加量为负极活性材料的3.84％时，质量能量密度及体积能量密度最大，但是随多孔氧化亚硅的添加量增大，锂离子电池的首次库伦效率和循环性能下降。
当负极活性材料中添加了本发明的制备方法制备的碳包覆多孔氧化亚硅时，在相同添加量下，锂离子电池的循环性能优于添加了多孔氧化亚硅的，并且当碳包覆多孔氧化亚硅预嵌锂后，首次库伦效率有明显提升。有机硅气凝胶体系中使用了乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯复配时，体系中交联度提高从而提升了孔隙率，使制备得到的碳包覆多孔氧化亚硅性能更佳。当有机硅气凝胶体系中缺少硅酸钠时，相同质量的碳包覆多孔氧化亚硅中氧化亚硅较少，因此当碳包覆多孔氧化亚硅添加量相同时，对比例2所得锂离子电池的能量密度提升较少。将锂源和气凝胶混合后煅烧得到的碳包覆多孔氧化亚硅中，锂和碳、硅的化合物分布均匀，相较于球磨法预嵌锂提升首次库伦效率的效果更好。

Claims (9)

1.一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，所述的制备方法步骤如下：
（1）正极片的制备：将磷酸铁锂材料、正极粘结剂以及导电剂在分散均匀后涂布于铝箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到正极极片；
（2）负极片制备：将负极活性材料、负极粘结剂及导电剂混合均匀后涂布于铜箔上，经碾压、冲片和烘烤后得到负极极片，负极活性材料包括石墨和氧化亚硅材料；
（3）电芯制备：将上述制备所得正极极片、负极极片和隔膜通过叠片的方式制备成电芯，采用铝塑膜封装的方式，得到软包锂离子电池；
（4）经过注入电解液并活化；
步骤（2）中氧化亚硅材料为碳包覆多孔氧化亚硅，碳包覆多孔氧化亚硅的制备步骤如下：
A、向蒸馏水中加入盐酸混匀后加入锂盐、硅源，搅拌后，再加入添加剂的水溶液，搅拌得到气凝胶，在室温中静置12-24h；
B、将步骤A所得的气凝胶冷冻干燥后得到气凝胶粉末；
C、将步骤B所得的气凝胶粉末在甲烷气氛中煅烧；
步骤A中添加剂为硅酸钠，添加剂的水溶液中添加剂与水的质量比为（15-30）：（70-85）。
2.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤（1）中正极粘结剂为聚偏氟乙烯，导电剂为炭黑，磷酸铁锂材料、正极粘结剂及导电剂的质量比为（95-98）：（1-3）：1。
3.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤（2）中负极活性材料中氧化亚硅材料与石墨的质量比为（1-10）：（90-99）。
4.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤A中蒸馏水、盐酸、硅源、添加剂的水溶液的体积比例为（15-25）：（2-4）：（2-5）：（0.5-1）。
5.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤A中硅源为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，锂盐为氯化锂、乙酸锂、草酸锂、硝酸锂和硫酸锂中的一种或几种，锂盐与硅源的摩尔比为（0.2-3）：20。
7.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤C中煅烧温度为1200-1400℃，煅烧时间为1-2h。
8.根据权利要求1或4或5或6所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤C还包括向步骤B所得的气凝胶粉末在通入甲烷15-40min后，再将气凝胶粉末在甲烷气氛中煅烧。
9.根据权利要求1所述的一种高体积能量密度磷酸铁锂锂离子电池的制备方法，其特征是，步骤（2）中负极粘结剂为羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚氧化乙烯、聚丙烯酸和聚丙烯腈中的一种或多种，导电剂为石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种，负极活性材料、负极粘结剂及导电剂的质量比为100:（2.7-3.8）:（0.3-1.0）。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001233611A (ja) * 2000-02-24 2001-08-28 Catalysts & Chem Ind Co Ltd シリカ系微粒子、該微粒子分散液の製造方法、および被膜付基材
CN104993102A (zh) * 2015-05-19 2015-10-21 长安大学 介孔非晶SiOX/C纳米复合的负极材料制备方法
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CN106379904A (zh) * 2015-08-04 2017-02-08 北京化工大学 一种耐高温氧化硅气凝胶的制备方法
CN107046131A (zh) * 2017-04-06 2017-08-15 桑顿新能源科技有限公司 一种磷酸铁锂体系锂离子电池及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001233611A (ja) * 2000-02-24 2001-08-28 Catalysts & Chem Ind Co Ltd シリカ系微粒子、該微粒子分散液の製造方法、および被膜付基材
CN104993102A (zh) * 2015-05-19 2015-10-21 长安大学 介孔非晶SiOX/C纳米复合的负极材料制备方法
CN106379904A (zh) * 2015-08-04 2017-02-08 北京化工大学 一种耐高温氧化硅气凝胶的制备方法
CN105406050A (zh) * 2015-12-31 2016-03-16 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种复合硅负极材料、制备方法和用途
CN107046131A (zh) * 2017-04-06 2017-08-15 桑顿新能源科技有限公司 一种磷酸铁锂体系锂离子电池及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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陈宇卓等.甲基三甲氧基硅烷改性水玻璃基自疏水SiO2气凝胶的制备.《硅酸盐学报》.2018,第46卷(第4期),第511-517页. *

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