[发明专利]一种硅碳负极锂离子电池

说明书

【技术领域】

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种硅碳负极锂离子电池。

【背景技术】

目前，为了提高锂离子电池的能量密度，主要通过选择高容量、高电压及高压实的正负极活性材料。现有技术中的负极活性材料多以石墨为主，然而其克容量较低，是制约锂离子电池能量密度的一个重要因素。硅材料具有超高的比容量且放电平台与石墨相当，因此被视为下一代锂离子电池负极活性材料的首选。但是纯硅在充放电过程中发生巨大的体积变化，会导致不可逆容量损失，造成首次放电效率低，同时还会使初次形成的SE I膜(固体电解质界面膜)不断遭到破坏，裸露出来的硅负极表面又会与电解液反应再次形成SE I膜，如此循环往复，使得锂离子电池的容量不断降低，循环衰减严重，寿命降低甚至粉化，因此硅碳负极材料应运而生。

将硅材料纳米化并与碳材料复合生产硅碳负极材料是最有可能首先工业化的技术路线，纳米化对硅负极的电性能具有一定的改善，但是改善后的电池性能仍然不理想，尤其是长寿命循环性能较差，电池在高温储存条件下容易产气，这是因为没有与之匹配的电解液和粘结剂。鉴于此，实有必要提供一个硅碳负极锂离子电池以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明提出一种循环性能好、高温储存性能得以改善并能够抑制产气的硅碳负极锂离子电池。

本发明提供一种硅碳负极锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，所述正极片包括正极集流体及涂覆于所述正极集流体表面的正极浆料，所述负极片包括负极集流体及涂覆于所述负极集流体表面的负极浆料，其特征在于：所述正极浆料包括镍钴锰酸锂三元正极材料、导电剂及正极粘结剂；所述负极浆料包括硅碳负极材料、导电剂及负极粘结剂；所述电解液包括有机溶剂、锂盐、负极成膜剂及功能添加剂，所述功能添加剂包含聚硅醚与LiPC₄O₄F₂，聚硅醚在所述电解液中的质量百分含量为2-10％，LiPC₄O₄F₂在所述电解液中的质量百分含量为0.1-2％。

在一个优选实施方式中，所述负极粘结剂为聚烯烃树脂水性胶。

在一个优选实施方式中，所述镍钴锰酸锂三元正极材料中镍、钴、锰的摩尔比例为1:1:1、5:2:3或者8:1:1；所述镍锰钴酸锂三元正极材料的D50优选为1.5-16μm。

在一个优选实施方式中，所述硅碳负极材料是由纳米化并由石墨烯或碳包覆改性的晶体硅或者氧化亚硅与石墨复合而成，其中晶体硅或者氧化亚硅的质量分数为1-30％。

在一个优选实施方式中，所述导电剂包含Super-p、Ks-6、ECP-300J、ECP-600J、VGCF、CNT及石墨烯中的一种或几种混合。

在一个优选实施方式中，所述正极粘结剂包含聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及聚酰亚胺中的一种或几种混合。

在一个优选实施方式中，所述隔膜为PE单层膜、PP单层膜、PP/PE/PP三层复合膜、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺及植物纤维素中的一种；所述隔膜的孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度7-20μm。

在一个优选实施方式中，所述有机溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯及丙酸乙酯中的一种或几种混合。

在一个优选实施方式中，所述锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiCF₃SO₃、LiC(CF₃SO₂)₃、LiN(CF₃SO₂)₂及LiN(FSO₂)₂中的一种或几种混合，且所述锂盐的浓度为0.3-1.2mol/L。

在一个优选实施方式中，负极成膜剂包含碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-丙磺酸内酯及氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种混合。