CN116365012A - 一种硅负极锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅负极锂离子电池及其制备方法，针对现有锂离子电池的高能量密度需求提升的改进，提出了一种体系设计的改善方法，提高电池正极涂覆量，减少负极冗余，同时降低NP比的方法，该方法面对电池化成过程中采用化成加后处理的方式活化，通过正极的活性材料中锂离子被逐步释放，补充化成阶段锂离子的不可逆损耗，充分发挥负极活性物质在充电过程中储锂能力，提高电池实际能量密度，为实现下一代高能量密度电池设计提供准确数据与思路。

Description

一种硅负极锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅负极锂离子电池及其制备方法。
背景技术
随着近几年高能量密度成为下一代锂离子电池技术的发展方向，然而现有的锂离子二次电池不能满足先进能源存储设备对能量密度的要求。为了提高电池的能量密度，人们不断探索新一代高容量的锂离子电池负极材料。
硅材料有着很高的理论比容量(4200mAh/g)，相对应的金属锂具有更高的嵌锂电位。一方面高的比容量适合于应用在手机电池，电动汽车等对能量密度需求高的应用场景，而高的嵌锂电位可以有效降低析出金属锂的风险，电池的安全性能也得到改善，是新一代很有发展前景的锂离子电池负极材料。但由于硅在脱/嵌锂过程中严重的体积效应，在电池充、放电过程中由于体积膨胀而产生较大的机械应力，致使循环较差，
首次效率低，限制了硅负极工业化的应用。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种硅负极锂离子电池，在不影响电池性能的情况下，充分利用负极活性物质储锂能力，降低不可逆锂离子的损耗，防止出现析锂问题，从而达到高能量密度的锂离子电池。
本发明的第二个目的在于提出一种硅负极锂离子电池的制备方法，该制备方法为了提升锂离子电池能量密度，选取具有高比容量的正负极材料，增加正负极的压实密度，提高正极涂覆量，减少负极冗余。但由于此时N/P比不足致使充电过程中，脱出多余的Li+会为负极表面金属锂的沉积提供锂源，不断沉积导致循环失效，降低电池的安全性。故而选择对该硅负极体系锂离子电池采取化成和后处理的方式进行活化并提升其安全性能及电性能。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的硅负极锂离子电池，包括：
电芯，以及用于封装所述电芯的电池壳体；
其中所述电芯包括正极、负极、隔膜及电解液；
所述正极的活性物质材料包括钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和磷酸铁锂中的一种或几种的物理混合；所述负极的活性物质材料包括石墨与硅负极材料的物理混合，其中所述硅负极包括纳米硅、硅碳复合材料、硅氧材料、镁改性硅氧材料或预嵌锂硅氧材料；
所述隔膜包括：PP隔膜、PE隔膜、PP和PE复合隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PE隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP和PE复合隔膜中的至少一种；
所述电解液包括：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合。
根据本发明的一个实施例，所述负极的活性物质材料中硅材料的中值粒径为1～10um。
根据本发明的一个实施例，所述正极的面密度为28～55mg/cm2，所述负极的面密度为12～27mg/cm2。
根据本发明的一个实施例，所述硅负极在所述负极的活性物质材料中的质量百分比为0-50％，其中不包括0％。
根据本发明的一个实施例，所述负极的容量与所述正极的容量比值N/P为：
Figure SMS_1
其中，所述负极的容量与所述正极的容量比值N/P为同一阶段内和同一条件下正对面负极容量与正极容量的比值。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种硅负极锂离子电池的制备方法，所述制备方法应用于上述实施例任一项所述的硅负极锂离子电池，所述硅负极锂离子电池采用化成和后处理的复合方式进行活化。
根据本发明的一个实施例，所述化成包括：恒流充电至V1截止，保持V1电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min；恒流放电至截止电压，静置10min；恒流充电至V2，保持V2电压恒压充电至电流小于0.05C，化成结束后电池常温老化24-36h；
其中，充电截止电压V1为4V-4.8V，充电电流为0.02C-2C，放电电流为0.02C-2C，放电截止电压为2.0V-3.5V，充电截止电压V2为3.2V-3.8V。
根据本发明的一个实施例，所述充电截止电压V1为4.2V-4.5V，所述充电电流为0.1C-1.5C，所述放电电流为0.1C-1.5C，所述放电截止电压为2.5V-3V，所述充电截止电压V2为3.3V-3.6V。
根据本发明的一个实施例，所述后处理包括：恒流充电至V3截止，保持V3电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min；恒流放电至截止电压，静置10min；恒流充电至V4，保持V4电压恒压充电至电流小于0.05C；
其中充电截止电压V3为4V-4.8V，充电电流为0.02C-2C，放电电流为0.02C-2C，放电截止电压为2.0V-3.5V，充电截止电压V4为3.2V-3.8V，充电截止电压V1≤V3。
根据本发明的一个实施例，所述充电截止电压V3为4.2V-4.5V，所述充电电流为0.1C-1.5C，所述放电电流为0.1C-1.5C，所述放电截止电压为2.5V-3V，所述充电截止电压V4为3.3V-3.6V。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
与现有技术相比，本申请实施例的有益效果是：
本发明提供一种硅负极锂离子电池及其制备方法，主要是通过对正极涂覆量的提升，同时采用化成加后处理的活化方式，锂离子逐步释放，预充效果得以强化，从而提高其电池能量密度并改善其电化学性能；同时，本发明在材料的选择上，择优选取石墨与硅含量高低不一的材料作为负极材料，严格控制负极材料的粒径及混掺比例，该负极材料较之石墨材料有着能量密度高，安全可控的优点；在电池设计中包括电池型号选择、极片尺寸、涂覆参数、箔材选取、极片装配方式(卷绕/叠片)、电池容量等方面，在此基础上设计一种硅负极材料高能量密度锂离子电池改善方法。本发明优选硅负极体系设计方法并应用于高能量密度锂离子电池的思路，为后续的研究发展提供有效合理的参考依据。
为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图，详细说明如下。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例3与对比例3的循环图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明一个实施例提供的硅负极锂离子电池，其中，包括：
电芯，以及用于封装电芯的电池壳体；其中电芯包括正极、负极、隔膜及电解液；
正极的活性物质材料包括钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰三元材料(Li(NiCoMn)O2)、镍钴铝三元材料(Li(NiCoAi)O2)和磷酸铁锂(LiFePO4)中的一种或几种的物理混合；
负极的活性物质材料包括石墨与硅负极材料的物理混合，其中硅负极包括纳米硅、硅碳复合材料、硅氧材料、镁改性硅氧材料或预嵌锂硅氧材料；
隔膜包括：PP隔膜、PE隔膜、PP和PE复合隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PE隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP和PE复合隔膜中的至少一种；
电解液包括：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或几种的混合；其中常用的电解质锂盐主要有高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)等。
在本发明的一个实施例中，负极的活性物质材料中硅材料的中值粒径为1～10um；更为优选的，硅材料的中值粒径为5um。硅材料的粒径过小，比表面积大，加工性能差，电解液消耗速度快。硅材料的粒径过大，材料膨胀大，循环性能差。
在本发明的一个实施例中，正极的面密度为28～55mg/cm2，负极的面密度为12～27mg/cm2；这直接影响电池N/P比，防止正负极材料较小的压实对电极造成的不利影响，还可以防止碾压过程中结构遭受破坏。
负极的容量与正极的容量比值N/P为：
Figure SMS_2
注：需明确，负极的容量与正极的容量比值N/P为同一阶段内和同一条件下正对面负极容量与正极容量的比值。
在本发明的一个实施例中，硅负极材料在负极的活性物质材料中的质量百分比为0-50％，其中不包括0％。
本发明另一个实施例还提供一种硅负极锂离子电池的制备方法，针对现有锂离子电池的高能量密度需求提升的改进，提出了一种体系设计的改善方法，提高电池正极涂覆量，减少负极冗余，同时降低NP比的方法，协同于电池活化机制。该方法面对电池化成过程中采用化成加后处理的方式活化，通过正极的活性材料中锂离子被逐步释放，补充化成阶段锂离子的不可逆损耗，充分发挥负极活性物质在充电过程中储锂能力，提高电池实际能量密度，为实现下一代高能量密度电池设计提供准确数据与思路。
具体是，为提升电池的能量密度，可通过提高正极涂覆量，减少负极冗余，进而影响电池的NP比，当NP比偏低，电池充电时负极易出现析锂的现象，增加安全隐患，故采用化成加后处理的方式活化防止析锂问题出现。
其中锂离子电池采用化成加后处理的方式进行活化：
化成：恒流充电至V1截止，保持V1电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min，恒流放电至截止电压。静置10min，恒流充电至V2，保持V2电压恒压充电至电流小于0.05C。化成结束后电池常温老化24-36h。
后处理：恒流充电至V3截止，保持V3电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min，恒流放电至截止电压。静置10min，恒流充电至V4，保持V4电压恒压充电至电流小于0.05C。
其中，化成：充电截止电压V1为4V～4.8V，优选为4.2V～4.5V；充电电流为0.02C～2C，优选为0.1C～1.5C；放电电流为0.02C～2C，优选为0.1C～1.5C；放电截止电压为2.0V～3.5V，优选为2.5V～3V；充电截止电压V2为3.2V～3.8V，优选为3.3V～3.6V。
后处理：充电截止电压V3为4V～4.8V，优选为4.2V～4.5V；充电电流为0.02C～2C，优选为0.1C～1.5C；放电电流为0.02C～2C，优选为0.1C～1.5C；放电截止电压为2.0V～3.5V，优选为2.5V～3V；充电截止电压V4为3.2V～3.8V，优选为3.3V～3.6V。且V1≤V3。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
(1)电池设计：采用376080型软包电池进行实验，选取正极活性材料为钴酸锂，材料一充克容量为200mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电碳纳米管:粘结剂＝98.5:0.3:0.4:0.8，正极涂覆量设定为46.34mg/cm2。其中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-A负极配比97.5:2.5，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-A材料一充克容量为2150mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*97.5％+2150*2.5％＝429.1mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管：粘结剂:增稠剂＝97.4:0.1:1.5:1，负极涂覆量设定为20.88mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为0.956。
(2)正极极片的制备：将22000g钴酸锂材料、2978g聚偏二氟乙烯(PVDF)浆料(有效物质179g)、67g导电炭黑、1662g导电碳纳米管浆料(有效物质66g)及1928g溶剂NMP经搅拌分散均匀制成混合浆料，将制得浆料在10μm铝箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到正极极片。
(3)负极极片的制备：将3420g石墨材料、88gSi-A、900g导电碳纳米管浆料(有效物质3.6g)、135g粘结剂SBR浆料(有效物质54g)、2401g增稠剂CMC浆料(有效物质36g)及950g溶剂去离子水进行混合制浆，将制得浆料在6μm铜箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到负极极片。
(4)锂离子二次电池的组装：将正极极片、隔膜、负极极片卷绕成极组，装入铝塑封装壳中，经过注入电解液，封装等工序得到锂离子二次电池，在常温下电池静置36h进入化成工序。
(5)化成及后处理：
化成：将注液静置后的电池0.2C充至4.35V，在4.3V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.75V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止，化成结束后电池二次常温静置36h进入后处理工序。
后处理：将二次静置后的电池0.2C充至4.45V，在4.45V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.75V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止。按后处理放电数据计算能量密度。
实施例2：
(1)电池设计：采用376080型软包电池进行实验，选取正极活性材料为钴酸锂，材料一充克容量为200mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电碳纳米管:粘结剂＝98.5:0.3:0.4:0.8，正极涂覆量设定为44.76mg/cm2。其中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-B为95.48:4.52，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-B材料一充克容量为1586mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*95.48％+1586*4.52％＝439.6mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管:粘结剂:增稠剂＝97.4:0.1:1.5:1，负极涂覆量设定为19.60mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为0.952。
(2)正极极片的制备：将22000g钴酸锂材料、2978g聚偏二氟乙烯(PVDF)浆料(有效物质179g)、67g导电炭黑、1662g导电碳纳米管浆料(有效物质66g)及1928g溶剂NMP进行混合制浆，将制得浆料在10μm铝箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到正极极片。
(3)负极极片的制备：将3330g石墨材料、158gSi-B、895g导电碳纳米管浆料(有效物质3.58g)、134g粘结剂SBR浆料(有效物质53.6g)、2387g增稠剂CMC浆料(有效物质35.8g)及950g溶剂去离子水进行混合制浆，将制得浆料在6μm铜箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到负极极片。
(4)锂离子二次电池的组装：将正极极片、隔膜、负极极片卷绕成极组，装入铝塑封装壳中，经过注入电解液，封装等工序得到锂离子二次电池，在常温下电池静置36h进入化成工序。
(5)化成及后处理：
化成：将注液静置后的电池0.2C充至4.4V，在4.4V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.5V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止，化成结束后电池二次常温静置36h进入后处理工序。
后处理：将二次静置后的电池0.2C充至4.48V，在4.48V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.5V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止。按后处理放电数据计算能量密度。
实施例3：
(1)电池设计：采用18650型圆柱电池进行实验，选取正极活性材料为镍钴锰锂三元材料，材料一充克容量为188mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电石墨:粘结剂＝97.5:0.8:0.5:1.2，正极涂覆量设定为46.12mg/cm2。中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-C为90:10，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-C材料一充克容量为1558mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*90％+1558*10％＝502.3mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管:粘结剂:增稠剂＝96.5:1:1.5:1，负极涂覆量设定为17.11mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为0.981。
(2)正极极片的制备：将25000g镍钴锰锂三元材料、6838g聚偏二氟乙烯(PVDF)浆料(有效物质308g)、205g导电炭黑、128g导电石墨及1710g溶剂NMP进行混合制浆，将制得浆料在15μm铝箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到正极极片。
(3)负极极片的制备：将3200g石墨材料、356gSi-C、461g导电碳纳米管浆料(有效物质37g)、138g粘结剂SBR浆料(有效物质55g)、2456g增稠剂CMC浆料(有效物质37g)及880g溶剂去离子水进行混合制浆，将制得浆料在10μm铜箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到负极极片。
(4)锂离子二次电池的组装：将正极极片、隔膜、负极极片卷绕成极组，装入钢壳中，经过底焊、收口、滚槽、注入电解液，焊盖、封口、清洗等工序得到锂离子二次电池，电池装配完成后立即进入化成工序。
(5)化成及后处理：
化成：将注液静置后的电池0.2C充至4.1V，在4.1V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.8V，静置10min，0.2C充电至3.45V，在3.45V恒压充电至0.05C截止，化成结束后电池二次常温静置24h进入后处理工序。
后处理：将二次静置后的电池0.3C充至4.2V，在4.2V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.3C放电至2.8V，静置10min，0.3C充电至3.45V，在3.45V恒压充电至0.05C截止。按后处理放电数据计算能量密度。
对比例1：
(1)电池设计：采用376080型软包电池进行实验，选取正极活性材料为钴酸锂，材料一充克容量为200mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电碳纳米管:粘结剂＝98.5:0.3:0.4:0.8，正极涂覆量设定为43.22mg/cm2。其中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-A负极配比97.5:2.5，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-A材料一充克容量为2150mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*97.5％+2150*2.5％＝429.1mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管:粘结剂:增稠剂＝97.4:0.1:1.5:1，负极涂覆量设定为20.88mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为1.03；
(2)本对比例正极极片的制备、负极极片的制备、锂离子二次电池的组装与实施例1完全相同；
(3)化成及后处理：将注液静置后的电池0.2C充至4.45V，在4.45V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.75V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止。按放电数据计算能量密度。
对比例2：
(1)电池设计：采用376080型软包电池进行实验，选取正极活性材料为钴酸锂，材料一充克容量为200mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电碳纳米管:粘结剂＝98.5:0.3:0.4:0.8，正极涂覆量设定为44.76mg/cm2。其中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-B为92.65:7.35，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-B材料一充克容量为1586mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*92.65％+1586*7.35％＝473.3mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管:粘结剂:增稠剂＝97.4:0.1:1.5:1，负极涂覆量设定为19.60mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为1.03；
(2)本对比例正极极片的制备、负极极片的制备、锂离子二次电池的组装与实施例2完全相同；
(3)化成及后处理：将注液静置后的电池0.2C充至4.45V，在4.45V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.75V，静置10min，0.2C充电至3.6V，在3.6V恒压充电至0.05C截止。按放电数据计算能量密度。
对比例3：
(1)电池设计：采用18650型圆柱电池进行实验，选取正极活性材料为镍钴锰锂三元材料，材料一充克容量为188mAh/g，正极质量百分比为：正极活性材料:导电炭黑:导电石墨:粘结剂＝97.5:0.8:0.5:1.2，正极涂覆量设定为46.12mg/cm2。中实验选取混合负极活性物质石墨负极与Si-A＝90:10，石墨材料一充克容量为385mAh/g，Si-A材料一充克容量为2150mAh/g，复合负极材料一充克容量为385*90％+2150*10％＝561.5mAh/g，负极质量百分比为：负极活性材料:导电碳纳米管:粘结剂:增稠剂＝96.5:1:1.5:1，负极涂覆量设定为17.11mg/cm2。按照锂离子电池N/P比公式可计算得出，本电池实际N/P比为1.097；
(2)负极极片的制备：将3200g石墨材料、356gSi-A、461g导电碳纳米管浆料(有效物质37g)、138g粘结剂SBR浆料(有效物质55g)、2456g增稠剂CMC浆料(有效物质37g)及880g溶剂去离子水进行混合制浆，将制得浆料在10μm铜箔上按设计涂覆量进行涂覆，经烘干、碾压、裁切、极耳焊接等工序得到负极极片；
(3)本对比例正极极片的制备以及锂离子二次电池的组装与实施例3完全相同；
(4)化成及后处理：将注液静置后的电池0.2C充至4.2V，在4.2V恒压充电至0.05C截止，静置10min，0.2C放电至2.8V，静置10min，0.2C充电至3.45V，在3.45V恒压充电至0.05C截止。按放电数据计算能量密度。
请参见如下表1，该表为各实施例及对比例的体积能量密度和重量比能量的结果对比表：
体积能量密度(Wh/L) 重量比能量(Wh/kg)
实施例1 809.8 307.1
实施例2 831.3 315.2
实施例3 540.8 206.1
对比例1 802.1 301.2
对比例2 820.0 308.8
对比例3 523.7 199.6
表1：各实施例及对比例的体积能量密度和重量比能量的结果
另外，附图1为实施例3与对比例3的循环图。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本发明的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
最后应当说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种硅负极锂离子电池，其特征在于，包括：
电芯，以及用于封装所述电芯的电池壳体；
其中所述电芯包括正极、负极、隔膜及电解液；
所述正极的活性物质材料包括钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料和磷酸铁锂中的一种或几种的物理混合；所述负极的活性物质材料包括石墨与硅负极材料的物理混合，其中所述硅负极包括纳米硅、硅碳复合材料、硅氧材料、镁改性硅氧材料或预嵌锂硅氧材料；
所述隔膜包括：PP隔膜、PE隔膜、PP和PE复合隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PE隔膜、表面涂覆陶瓷和涂胶的PP和PE复合隔膜中的至少一种；所述电解液包括：碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述负极的活性物质材料中硅材料的中值粒径为1～10um。
3.根据权利要求1所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述正极的面密度为28～55mg/cm2，所述负极的面密度为12～27mg/cm2。
4.根据权利要求1所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述硅负极在所述负极的活性物质材料中的质量百分比为0-50％，其中不包括0％。
5.根据权利要求1所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述负极的容量与所述正极的容量比值N/P为：
Figure FDA0004026078500000011
其中，所述负极的容量与所述正极的容量比值N/P为同一阶段内和同一条件下正对面负极容量与正极容量的比值。
6.一种硅负极锂离子电池的制备方法，所述制备方法应用于权利要求1-5中任一项所述的硅负极锂离子电池，其特征在于，所述硅负极锂离子电池采用化成和后处理的复合方式进行活化。
7.根据权利要求6所述的硅负极锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述化成包括：恒流充电至V1截止，保持V1电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min；恒流放电至截止电压，静置10min；恒流充电至V2，保持V2电压恒压充电至电流小于0.05C，化成结束后电池常温老化24-36h；
其中，充电截止电压V1为4V-4.8V，充电电流为0.02C-2C，放电电流为0.02C-2C，放电截止电压为2.0V-3.5V，充电截止电压V2为3.2V-3.8V。
8.根据权利要求7所述的硅负极锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述充电截止电压V1为4.2V-4.5V，所述充电电流为0.1C-1.5C，所述放电电流为0.1C-1.5C，所述放电截止电压为2.5V-3V，所述充电截止电压V2为3.3V-3.6V。
9.根据权利要求6所述的硅负极锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述后处理包括：恒流充电至V3截止，保持V3电压恒压充电至电流小于0.05C，静置10min；恒流放电至截止电压，静置10min；恒流充电至V4，保持V4电压恒压充电至电流小于0.05C；
其中充电截止电压V3为4V-4.8V，充电电流为0.02C-2C，放电电流为0.02C-2C，放电截止电压为2.0V-3.5V，充电截止电压V4为3.2V-3.8V，充电截止电压V1≤V3。
10.根据权利要求9所述的硅负极锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述充电截止电压V3为4.2V-4.5V，所述充电电流为0.1C-1.5C，所述放电电流为0.1C-1.5C，所述放电截止电压为2.5V-3V，所述充电截止电压V4为3.3V-3.6V。
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