[发明专利]含硅负极材料的折返式补锂方法及负极片、电池

说明书

本发明涉及一种含硅负极材料的折返式补锂方法及负极片、电池，该方法包括如下步骤：将含硅负极材料形成于集流体上制得基片；将基片进行预加热，并将基片在真空条件的氛围下采用真空溅射的方式进行补锂；其中预加热的温度高于氛围的温度且低于补锂的靶材的熔点，氛围的温度为30℃～130℃；在真空溅射的步骤中，基片上第一侧表面的第一、第二区域相对设置，基片上第二侧表面的第三、第四区域相对设置；补锂的靶材的数量为多个且为双向溅射靶材，其中有部分靶材同时对基片的第一区域和第二区域进行补锂，还有部分靶材同时对基片的第三区域和第四区域进行补锂；补锂的靶材的材质为金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂硫合金、氧化锂、氮化锂或碳化锂中的一种。

技术领域

本发明涉及电池生产制造技术领域，特别是涉及一种含硅负极材料的折返式补锂方法及负极片、电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高比容量、高电压平台、长循环寿命等特点，目前广泛应用于便携式电子3C设备、电动汽车、船舶、空间技术、生物医学工程、物流、国防军工等领域。

在对锂离子电池的更高的能量密度和倍率特性的研究过程中发现，负极材料是决定锂离子电池特性的关键因素之一。硅的理论比容量为4200mAh/g，远高于商用石墨，是一种具有高比容量的负极材料。然而，单质硅在充放电过程中存在着巨大的体积变化(高达300％)，造成活性颗粒破碎粉化、从集流体表面脱落并失去电接触的问题，同时加剧活性物质与电解液之间的副反应，最终导致电极性能急剧衰减，故而极大地限制了硅作为锂离子电池的负极材料的应用。

氧化亚硅也是一种高比容量的含硅负极材料，具有工作电压低，安全性好、原料来源广泛等优点，其在充放电过程中体积变化比硅小，但其依然存在体积变化导致应力集中、导致活性物质开裂的问题。为了解决电池体积膨胀及提高首次效率的问题，可针对硅或硅复合材料等含硅负极材料进行补锂。目前常用的补锂方法有撒锂粉方法、锂带压延方法和PVD预补锂方法，这些补锂工艺的补锂质量和良率低下，无法满足大规模生产的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高补锂质量和效率的含硅负极材料的折返式补锂方法及负极片、电池。

一种含硅负极材料的折返式补锂方法，包括如下步骤：

将含硅负极材料形成于集流体上，制得基片；

将所述基片进行预加热，并将所述基片在真空条件的氛围下采用真空溅射的方式进行补锂；其中所述预加热的温度高于所述氛围的温度且低于所述补锂的靶材的熔点，所述氛围的温度为30℃～130℃；

在所述真空溅射的步骤中，所述基片上第一侧表面的第一区域和第二区域相对设置，所述基片上第二侧表面的第三区域和第四区域相对设置，其中所述第二侧表面与所述第一侧表面分别为所述基片的两个侧表面；

所述补锂的靶材的数量为多个，其中有部分靶材同时对所述基片的所述第一区域和所述第二区域进行补锂，还有部分靶材同时对所述基片的所述第三区域和所述第四区域进行补锂；所述靶材的材质为金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂硫合金、氧化锂、氮化锂或碳化锂中的一种。

上述含硅负极材料的折返式补锂方法，采用金属锂等含锂靶材对含硅负极材料进行补锂，并通过同时对基片一侧表面的相对的两个区域进行补锂，进一步通过对基片的另一侧表面相对的两个区域进行补锂，进而大大提高了补锂效率；与此同时，通过对补锂腔室的氛围加热并控制温度不会超过靶材的熔点，避免靶材熔化导致靶材失效；通过对基片进行预加热以使靶材上的材料镀到基片上处于微熔状态，如此可以加速靶源粒子在薄膜表面的扩散，从而提高薄膜的均匀性和致密性。

在其中一些实施例中，所述氛围的温度为70℃～110℃。

在其中一些实施例中，所述补锂的步骤采用折返式补锂设备进行；