[发明专利]一种膜层结构预锂化硅碳负极的制造方法

说明书

本发明提供了一种膜层结构预锂化硅碳负极的制造方法，通过将硅碳材料分散至无水的有机溶剂中，再进行抽滤制备自支撑结构的硅碳负极，再在硅碳负极表面抽滤磷化锂分散液制备一层预锂化层，叠层组装制得预锂化的硅碳负极。其中，预锂化层含有的磷化锂可以补充硅碳材料首次循环时形成SEI膜所消耗的锂离子，显著提高首次库伦效率，提高电池电化学性能。此外，叠层组装电极通过抽滤方法得到，工艺简单、操作简便、安全高效，有利于硅碳材料的实际化应用。

技术领域

本发明涉及一种膜层结构预锂化硅碳负极的制造方法，属于锂离子电池电极制造技术领域。

背景技术

随着锂离子电池在便携式电子产品、电动汽车等领域的广泛应用，传统的石墨负极材料已经难以满足人们对高能量密度的锂离子电池的需求。硅基负极材料具有储量丰富、容量高等优势，被认为是最有前途的下一代锂离子电池负极材料之一。然而，硅在嵌/脱锂过程中会产生极大的体积变化，造成电极结构破坏和固态电解质膜(SEI)的持续形成，导致硅基负极循环稳定性差及首次库伦效率低等问题，极大限制了硅基负极的工业化应用。

针对以上问题，研究人员在提高硅基负极的循环稳定性和首次库伦效率方面均进行了大量的研究。目前，在提高循环稳定性方面，主要通过碳包覆、硅纳米化等结构控制手段，可以有效改善硅负极循环稳定性。在提高首次库伦效率方面，主要通过对硅基负极进行预锂化，包括直接添加锂粉、电化学预嵌锂等方式，均可一定程度上提高首次库伦效率。但是，以上的改性方法依然存在诸多问题。首先，通过硅的纳米化等结构设计，虽然可以在一定程度上改善电极结构稳定性和利用率，但硅在纳米化的同时其比表面积也会增大，这将加剧SEI膜的形成，致使首次库伦效率降低；其次，现阶段预锂化工艺所采用的预锂化剂大部分为单质锂(锂片、锂粉等)，在预锂化过程中存在成本高、工艺复杂、易爆炸等问题，因此难以在实际生产中应用。此外，预锂化剂的引入也容易引起电极结构失稳，影响电极的电化学性能。因此，设计和开发一种既能实现高效预锂化，提高首次库伦效率，又能保持电极稳定性的电极结构及预锂化方式，是实现硅碳负极材料实际应用的关键技术。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提出了一种预锂化的膜层结构硅碳负极的制造方法，以解决硅碳负极首次库伦效率低，电极结构不稳定的问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种膜层结构预锂化硅碳负极的制造方法，步骤如下：

步骤(a)：硅碳材料分散液的制备：将硅碳负极材料与导电碳材料分散至一定量的溶剂中，添加表面活性剂，机械搅拌并超声分散，获得均匀、稳定的分散液a；

步骤(b)：预锂化材料分散液的制备：将磷化锂与导电碳材料分散至一定量的溶剂中，添加表面活性剂，机械搅拌并超声分散，获得均匀、稳定的分散液b；

步骤(c)：按照硅碳负极层数的设计需求，交替抽滤分散液a、b一定次数，获得具有不同层数的预锂化硅碳负极。

优选的，上述制备方法中，步骤(a)和步骤(b)中的导电碳材料为碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维中的任意一种或多种。

优选的，上述制备方法中，步骤(a)和步骤(b)中所使用的溶剂是乙腈、乙醇、甲苯、苯中的任意一种或多种。

优选的，上述制备方法中，步骤(a)中分散液的浓度为1mg/mL～100mg/mL，步骤(b)中分散液的浓度为0.1mg/mL～20mg/mL。

优选的，上述制备方法中，步骤(a)和(b)中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。表面活性剂的添加量为：0.1mg/mL～10mg/mL。

优选的，上述制备方法中，预锂化硅碳负极中硅碳材料与磷化锂的重量比为(8～9.99)：(0.01～2)。