[发明专利]一种锂离子二次电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种锂离子二次电池及其制备方法，属于锂离子二次电池领域。

背景技术

随着各种便携式电子设备及电动汽车的广泛应用和快速发展，对化学电源的需求和性能需求急剧增长。和其它化学电源相比，锂离子电池以其长寿命和高功率特性等优势成功并广泛应用于终端移动电子设备领域。目前，商品化锂电池中大多采用锂过度金属氧化物/石墨体系，由于该体系电极的理论储锂容量较低（如石墨，372mAh/g），已经不能满足人们对电池高容量的需求。

在已知的储锂材料中，硅具有最高的理论容量（不包括嵌入锂的质量时，约为4200mAh/g）和相对较低的脱锂电位（0.1-0.5V vs. Li/Li⁺），是最理想的锂离子电池负极材料（J.O.Besenhard，J.Yang et.al.,J.Power Sources，1997,68:87）。但硅材料在高度脱嵌锂的条件下，存在严重的体积效应，容易导致材料结构崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接触，从而造成电极的循环性能急剧下降，因此该体系电池距实用化程度还有一定的距离。

为了减少硅在脱嵌锂过程中的体积效应，获得容量较高、循环性能优异的锂电池，目前许多研究者都致力于硅基材料的改性和优化。如日立属下的Maxwell公司采用的CVD法制备的硅颗粒外包裹无定型碳层的复合体系，改善了硅材料的结构和导电性能，在一定程度上能抑制锂嵌入和脱出过程的体积效应，从而使该类材料的循环性能得到了提高。但CVD法的过程难以控制，不确定因素多，因此难以规模化生产。C.S.Wang等人采用石墨与硅粉通过机械球磨的方法制备的硅/碳二元体系复合材料具有较高的首次嵌锂容量，但其充放电性能不稳定，尤其是初始几个循环容量衰减很快（J.Electrochem.Soc.,8（1998）：2751-2755）。另外，制备微米或纳米尺度的硅，增加材料的比表面积、减少锂离子的扩散距离，但细小化的硅颗粒，在循环过程中存在强烈的重新团聚而形成“电化学烧结”（H.Li,X.J.Huang et.al.,Solid State Ionics,2000,135：181）的现象。还有很多改善硅基材料循环性能的方法，如溶胶-凝胶法、硅碳复合法、表面包覆等，在此不一一累述。

国家知识产权局于2011.5.11公开了一项申请号为201010236440.9，名称为“多层膜负极极片及其制作方法”的发明专利，其公开了一种在负极表面涂覆聚合物涂层的方法，主要步骤包括，首先将聚合物溶解于丙酮、丁酮等有机溶剂中，并且将氧化物粒子和第二溶剂混合成有机悬浮液，共同形成聚合物涂层液；再将聚合物涂层液涂覆在负极材料表面，成膜后干燥形成负极片。

该方法存在如下缺陷：首先，该方法将使用大量的丙酮、丁酮等有机溶剂，不仅增加生产成本，还对操作人员和环境带来不利影响；其次，丙酮、丁酮等有机溶剂在生产过程中很难完全去除，痕量的杂质会影响电池的充放电效率和寿命；另外，由于负极材料在充放电过程中，电极会发生反复的膨胀和收缩，因此该方法制备的涂层膜和负极的界面接触性会逐渐变差，这不仅影响电池的倍率特性而且会降低电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中锂离子电池硅基负极在充放电过程中体积效应大、易粉化，从而导致电池循环性能差的缺陷，提供一种含有凝胶涂层的锂离子电池硅基负极制成的锂离子二次电池，可减缓在充放电过程中硅基负极活性物质颗粒粉化，而且可避免粒子发生重新团聚。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种锂离子二次电池，包括铝塑膜封装袋和极芯，极芯密封包覆于铝塑膜封装袋内，所述极芯包括正极、电解质锂盐溶解在非水溶剂中形成的电解液、负极和位于正极与负极之间的隔膜，其特征在于：所述的负极为含凝胶涂层的锂离子电池硅基负极，包括集流体、负载在集流体上的硅基负极材料以及涂覆后经过热处理负载在硅基负极材料表面的凝胶涂层，所述的凝胶涂层包括高分子基体材料、非水溶剂、增塑剂和溶解于非水溶剂中的电解质锂盐，所述的凝胶涂层厚度为5～50微米，优选10～20微米。

本发明所述的凝胶涂层中的高分子基体材料、非水溶剂和增塑剂的具体配比按照重量份数计为：高分子基体材料的含量为1～10份；非水溶剂的含量为30～95份；增塑剂的含量为4～20份；所述电解液中的电解质锂盐和凝胶涂层中的电解质锂盐分别溶解在非水溶剂中的浓度均为0.5mol/L～2.0mol/L，优选0.8mol/L～1.2mol/L。