[发明专利]一种掺硅补锂技术方案及其锂离子电池的组装方法

说明书

本发明提供一种掺硅补锂技术方案及其锂离子电池的组装方法，涉及锂电池技术领域。该掺硅补锂技术方案，具体包括如下步骤：改性开孔硬碳(MHC)的制备：按照质量比8：1：0.1：0.1：0.1：3分别将浓硫酸、双氧水、聚乙二醇400、氨基丙醇、无水乙醇、硬碳加入到搅拌容器中，保持环境为0℃，搅拌时间约15‑20分钟至溶液粘稠；将以上粘稠溶液用去离子水清洗至溶液PH为6±0.5，然后在100℃下烘干，最后在300‑350℃下处理24h，获得MHC。本发明使得首次充电消耗的不可逆锂离子得到补充，且锂电池的使用寿命大大提高。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种掺硅补锂技术方案及其锂离子电池的组装方法。

背景技术

随着当下面向碳中和的新能源汽车的创新与发展，2020年是新能源汽车行业峰回路转的一年，也是新能源汽车2012-2020规划圆满收官的标志年，新能源汽车从政策驱动到市场驱动的转折年。从行业政治操作向公司商业运作的转型，锂离子电池的应用领域越来越广泛、应用场景也越来越多，对高性能锂离子电池的要求越来越高，而锂电池的核心技术还是锂电池材料，电池材料创新需要平衡比能量、循环寿命、高功率、高安全、低成本等相互矛盾的性能指标。

锂电池正极材料的能量当前很难在有大的提升，而当前的石墨负极材料有很大的提升空间，硅基负极材料有高于石墨负极材料接近10倍的克容量，可在更高能量密度的锂离子电池中发挥重要作用。但以商业化的硅基材料作为负极的电极在充放电过程中会产生较大的体积膨胀，导致活性物质脱落，循环性能下降，当前的改善方式主要是硅基材料的纳米化、碳包覆、掺杂改性、硅基材料和石墨或硬碳材料的复合，材料的研究深度和广度也越来越高，但始终还是没达到终端的产业化阶段，各方面的改性需要平衡到一定水平，满足锂离子电池全生命周期的使用需要。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺硅补锂技术方案及其锂离子电池的组装方法，解决了首次充电锂离子消耗不可逆的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种掺硅补锂技术方案，具体包括如下步骤：

步骤一.改性开孔硬碳(MHC)的制备：按照质量比8：1：0.1：0.1：0.1：3分别将浓硫酸、双氧水、聚乙二醇400、氨基丙醇、无水乙醇、硬碳加入到搅拌容器中，保持环境为0℃，搅拌时间约15-20分钟至溶液粘稠；将以上粘稠溶液用去离子水清洗至溶液PH为6±0.5，然后在100℃下烘干，最后在300-350℃下处理24h，获得MHC；

步骤二：SNW和MHC的材料组装和高韧性碳包覆膜处理：按照质量比8：12将SNW和MHC在真空条件下强力机械搅拌融合，搅拌时间45-60分钟，获得SNW和MHC的复合物；将SNW和MHC复合物、单壁碳纳米管-SWCNT(0.65%wt)和CMC(0.35%wt)复合溶液、苯胺、蔗糖按照96：2：1：1的质量比加入去离子水中，溶液的固含量为15-20%，搅拌60-90分钟，在180℃下喷雾干燥，在氩气条件下400-450℃煅烧120分钟，获得本发明的高韧性碳包覆SNW和MHC复合物；

步骤三：可预锂化隔膜(PLS)的制备：按照质量比70：15：15将聚偏氟乙烯-PVDF、聚氧化乙烯-PEO、Li2CO3等溶解在N-甲基吡咯烷酮-NMP和无水乙腈（质量比—NMP：无水乙腈=8：2）的溶液中，固含量为20-25%，真空搅拌120分钟，然后利用隔膜涂敷设备将以上浆体均匀涂敷在高孔隙率聚丙烯(PP)基膜正反两面，干燥后的涂敷厚度约为2-3µm，获得本发明的预锂化隔膜-PLS。

优选的，所述步骤一中浓硫酸和双氧水可与硬碳材料结合在一起且插入硬碳材料的碳层间隙内，聚乙二醇400、氨基丙醇和无水乙醇可促进材料的分散和孔隙率的调控，便于硬碳材料获得均一稳定的碳层间距、多孔结构，PH的控制条件也是为了控制硬碳材料的开孔程度，PH越小开孔程度越大，300-350℃下的热处理可使得浓硫酸和双氧水的氧化分解而产生气体，从而使得硬碳材料的层间距打开且获得更多的孔隙结构。