本發(fā)明涉及鋰離子電池的,尤其是涉及一種表面改性的硅負(fù)極極片及其制備方法、鋰離子電池。
背景技術(shù):
1、隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展,動(dòng)力電池對(duì)高能量密度的要求越來(lái)越明顯。雖然鋰金屬作為負(fù)極能滿足車(chē)企要求,但是安全性能卻令廠家擔(dān)憂。因此,硅負(fù)極作為一種具有高放電容量、低放電電位的材料,已成為最熱門(mén)的鋰離子電池負(fù)極材料。
2、然而,硅負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積膨脹效應(yīng),在循環(huán)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落,造成失去電接觸,最終降低硅負(fù)極的循環(huán)壽命。
3、有鑒于此,特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種表面改性的硅負(fù)極極片,能夠有效緩解硅負(fù)極自身缺陷和充分提高電芯循環(huán)性能。
2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種表面改性的硅負(fù)極極片的制備方法,工藝簡(jiǎn)單、高效,成功率高,適合工業(yè)化生產(chǎn)。
3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種鋰離子電池,循環(huán)壽命長(zhǎng)。
4、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,特采用以下技術(shù)方案:
5、第一方面,一種表面改性的硅負(fù)極極片,包括硅負(fù)極極片及其表面的功能涂層;
6、所述功能涂層包括硫化鋰和固態(tài)電解質(zhì);
7、所述功能涂層由硫化鋰層和固態(tài)電解質(zhì)層通過(guò)層疊復(fù)合而成;
8、所述功能涂層中的硫化鋰層貼合于硅負(fù)極極片表面;
9、所述硫化鋰在極片表面的負(fù)載量為0.01mg/cm2~0.3mg/cm2。
10、進(jìn)一步的,所述固態(tài)電解質(zhì)為li1+xaxb2-x(po4)3,其中,x在0.01~0.5之間,a選自al、y、ga、cr、in、fe、se以及l(fā)a中至少的一種,b選自ti、ge、ta、zr、sn、fe、v、hf及其衍生材料中的至少一種。
11、進(jìn)一步的,所述固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為0.5μm~3μm。
12、第二方面,一種上述任一項(xiàng)所述的表面改性的硅負(fù)極極片的制備方法,包括以下步驟:
13、先將硫化鋰溶液涂覆到硅負(fù)極極片上形成涂層,得到硫化鋰改性極片,再將固態(tài)電解質(zhì)膜轉(zhuǎn)移到所述硫化鋰改性極片上,得到所述表面改性的硅負(fù)極極片。
14、進(jìn)一步的,所述硫化鋰溶液所采用的溶劑包括醇類(lèi)溶劑和銨鹽溶液中的至少一種;
15、優(yōu)選地,所述醇類(lèi)溶劑包括甲醇和乙醇中的至少一種;
16、優(yōu)選地,所述銨鹽溶液的溶質(zhì)鹽包括nh4fsi、四乙基硝酸銨、氟化銨以及四氟硼酸銨中的至少一種;
17、優(yōu)選地,所述銨鹽溶液的溶劑包括砜類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、腈類(lèi)化合物、酯類(lèi)化合物以及醚類(lèi)化合物中的至少一種。
18、進(jìn)一步的,所述固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法包括以下步驟:
19、將固態(tài)電解質(zhì)與粘結(jié)劑混合溶解后涂布到基材上,形成穩(wěn)定性膜,取所述穩(wěn)定性膜進(jìn)行干燥處理,得到所述固態(tài)電解質(zhì)膜。
20、進(jìn)一步的,所述粘結(jié)劑包括水性粘結(jié)劑和油性粘結(jié)劑中的至少一種;
21、優(yōu)選地,所述水性粘結(jié)劑包括聚丙烯酸、聚丙烯酸鋰、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的至少一種;
22、優(yōu)選地,所述油性粘結(jié)劑包括聚偏氟二烯和聚(偏氟二烯-共-六氟丙烯)中的至少一種。
23、進(jìn)一步的,所述固態(tài)電解質(zhì)膜轉(zhuǎn)移的方式包括通過(guò)雙對(duì)輥機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)移;
24、優(yōu)選地,所述雙對(duì)輥機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)移的壓力為0.01mpa~1mpa,溫度為40℃~100℃。
25、第三方面,一種鋰離子電池,包括上述任一項(xiàng)所述的表面改性的硅負(fù)極極片。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明至少具有如下有益效果:
27、本發(fā)明提供的表面改性的硅負(fù)極極片,通過(guò)特定功能涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)極片的表面改性,不僅能夠提高極片界面電解液浸潤(rùn)性、減少電解液用量,而且能夠優(yōu)化界面sei形成、緩解極片體積膨脹;硅負(fù)極表面形成硫化鋰保護(hù)層,能夠促進(jìn)鋰離子在負(fù)極均勻沉積/脫出,同時(shí)抑制鋰枝晶的生長(zhǎng),避免沉積鋰金屬與電解液之間的副反應(yīng),提升循環(huán)壽命,且能夠避免鋰離子沉積/脫出過(guò)程中體積膨脹對(duì)sei造成的破壞;形成的latp保護(hù)層,有助于提高鋰離子傳導(dǎo),且保護(hù)層機(jī)械穩(wěn)定性好,有助于抑制硅負(fù)極體積膨脹;本發(fā)明結(jié)合兩種材料優(yōu)勢(shì),達(dá)到了有效緩解硅負(fù)極自身缺陷和充分提高電芯循環(huán)性能的技術(shù)效果。
28、本發(fā)明提供的表面改性的硅負(fù)極極片的制備方法,操作簡(jiǎn)便、高效,兼容現(xiàn)有鋰電工藝,可以大規(guī)模應(yīng)用。
29、本發(fā)明提供的鋰離子電池,循環(huán)壽命長(zhǎng)。
1.一種表面改性的硅負(fù)極極片,其特征在于,包括硅負(fù)極極片及其表面的功能涂層;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的硅負(fù)極極片,其特征在于,所述固態(tài)電解質(zhì)為li1+xaxb2-x(po4)3,其中,x在0.01~0.5之間,a選自al、y、ga、cr、in、fe、se以及l(fā)a中至少的一種,b選自ti、ge、ta、zr、sn、fe、v、hf及其衍生材料中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面改性的硅負(fù)極極片,其特征在于,所述固態(tài)電解質(zhì)層的厚度為0.5μm~3μm。
4.一種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的表面改性的硅負(fù)極極片的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其特征在于,所述硫化鋰溶液所采用的溶劑包括醇類(lèi)溶劑和銨鹽溶液中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,所述醇類(lèi)溶劑包括甲醇和乙醇中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,所述銨鹽溶液的溶質(zhì)鹽包括nh4fsi、四乙基硝酸銨、氟化銨以及四氟硼酸銨中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述銨鹽溶液的溶劑包括砜類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、腈類(lèi)化合物、酯類(lèi)化合物以及醚類(lèi)化合物中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其特征在于,所述固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法包括以下步驟:
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法,其特征在于,所述粘結(jié)劑包括水性粘結(jié)劑和油性粘結(jié)劑中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法,其特征在于,所述水性粘結(jié)劑包括聚丙烯酸、聚丙烯酸鋰、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其特征在于,所述固態(tài)電解質(zhì)膜轉(zhuǎn)移的方式包括通過(guò)雙對(duì)輥機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備方法,其特征在于,所述雙對(duì)輥機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)移的壓力為0.01mpa~1mpa,溫度為40℃~100℃。
14.一種鋰離子電池,其特征在于,包括權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的表面改性的硅負(fù)極極片。