[发明专利]一种具有人工SEI膜的锂离子电池负极极片及其制备方法

说明书

一种具有人工SEI膜的锂离子电池负极极片及其制备方法，该极片是在集流体片材的两个表面上依次设置硅碳负极层和聚合铝薄膜层；聚合铝薄膜层是由三甲基铝和乙二醇通过分子层沉积方法获得的聚合物层，原料三甲基铝与乙二醇的质量比为1∶(3～20)；硅碳负极层的厚度为10～180μm，聚合铝薄膜层的厚度为0.1～20μm。该负极极片表面形成有机‑无机杂化层，从而抑制电解液与硅碳负极表面的界面反应，在脱嵌锂过程中形成人工SEI膜，提升锂离子在硅碳负极材料中的脱嵌效率，进而提升电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种具有人工SEI膜的锂离子电池负极极片及其制备方法，属于锂电池电极材料技术领域。

背景技术

随着目前市场对高比能及长续航的需求日益迫切，锂离子电池的技术要求及技术难度也日趋加大。锂离子电池的容量损失一直是关注的重点，在循环过程中，不仅存在正极锂损失，也存在负极锂损失，极大地影响到了锂离子电池的循环寿命。

在降低锂离子电池容量损失方面，通常是在极片表面使用化学成膜法或物理浸渍、涂覆等方法，借以在极片表面进行补锂，循环过程中，首先牺牲该部分的锂源，来提升锂离子的利用效率，从而降低活性锂的损失。

一种方案是利用水热合成法制备有机硅碳，Kangpy S等将硅碳和钛离子在异丙醇溶液中，通过钛离子被羟基和羧基等官能团的吸附，在硅碳的表面形成附有TiO₂的有机碳壳。随后在550℃温度下热处理2小时后形成类似于蛋黄壳的Si@TiO₂纳米簇，硅纳米颗粒被封装TiO₂壳里[Kangpy S，et al.Self-healing SEI enables full-cell cycling of asilicon-majority anode with a coulombic efficiency exceeding 99.9％[J].Energyand Environmental Science，2017，10(2)]。这种技术制备的TiO₂壳比常见的无定形碳壳强度大5倍，从而确保硅颗粒的空隙可以经受巨大的体积变化和电解质进入，形成具有自愈合的人工SEI膜和硅颗粒表面自然形成SEI膜双层机制。这种技术制备的非粘性的人工SEI膜，即便是部分裂化，但仍会促进自适应自修复机制，确保硅颗粒表面具有较好的成膜界面。该技术的缺点是：1)制备的人工SEI壳体厚度无法精准地定量控制，当壳体厚度较厚时，影响锂离子的传输速率，产生一定的负效应；2)制备的人工SEI膜即具有强韧性的TiO₂壳，与壳里的硅纳米颗粒形成的粉体材料振实密度仅有0.4g/cm³左右，制成极片的压实也仅有1.4g/cm3，对于电芯制造形成较大的困难。

另一种方案是通过气相沉积法合成的(1，3，5，7-四乙烯基-1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷)(pV₄D₄)纳米共聚合物薄膜，作为人工SEI膜，以此来降低电解质在电极材料表面的还原程度，有效地降低电解液的分解，进而降低电极材料的界面阻抗[B.H.Shen，S.Wang，W.E.Tenhaeff.Ultrathin conformal polycyclosiloxane films to improve siliconcycling stability.[J].Science Advances，2019，5(7)：eaaw4856]。该技术的缺点是：应用气相沉积法制备的人工SEI膜，对于薄膜厚度难以有效控制，仍需进一步探索合适的技术方法来实现可调控手段，借以为大规模生产提供有力的支持。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种具有人工SEI膜的锂离子电池负极极片，该负极极片表面形成聚合铝薄膜层构成的有机-无机杂化层，从而抑制电解液与硅碳负极表面的界面反应，在脱嵌锂过程中形成人工SEI膜，提升锂离子在硅碳负极材料中的脱嵌效率，进而提升电池的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：