本发明涉及一种硅锂电池及其制造方法，特别是涉及一种安全硅锂电池及其制造方法。
背景技术：
目前随着全球新能源汽车产业的快速发展，新能源产业也得到蓬勃发展。从目前国内新能源汽车产业来看，发展电动车是环境保护和产业升级的必然趋势。随着电动汽车销售量越来越大，动力电池的需求也越来越大，同时对动力电池的容量、电压以及使用寿命都提出了更高的要求。
硅锂材料由于能量密度较高，被视为用于高能量电动车动力电池负极的关键材料。硅碳负极材料在电池充放电过程中伴随着的体积膨胀，会严重影响硅锂电池的安全性，从而使得硅碳负极材料在动力电池中的应用受到进一步的限制。
技术实现要素：
本发明实施例目的旨在提供一种硅锂电池及其制造方法，用于解决现有的硅锂电池安全性较低的问题。
本发明实施例公开了一种硅锂电池，包括：正极、负极、电解质和隔膜，所述电解质和隔膜介于所述正极和负极之间，所述正极包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物，所述隔膜包含硅锗纤维，所述负极为硅碳复合材料。
优选的，所述隔膜为包含硅锗纤维聚合物隔膜。
优选的，所述硅碳复合材料包含硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管中一种或两种以上的组合，所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管被多孔碳、无定型碳或石墨包覆，所述硅碳复合材料呈多孔结构。
优选的，所述电解质包含氯化钠、氯化钾或氯化钙中一种或两种以上的组合。
优选的，所述聚合物隔膜为多孔结构，所述多孔结构仅可通过锂离子。
优选的，所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管的直径为20nm-200nm。
优选的，所述正极进一步包括钽氧化物，所述钽氧化物质量占比0.1%-10%。
优选的，所述硅碳复合材料的占空比为1:2-1:3。
本发明实施例还公开了一种硅锂电池制造方法，包括步骤：s1：涂覆负极材料，所述负极材料为硅碳复合材料；s2：铺设隔膜，所述隔膜包含硅锗纤维；s3：涂覆电解质，所述电解质包含卤化钠；s4：涂覆正极材料，所述正极材料包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物。
优选的，进一步包括步骤s5：将硅锂电池中的液体质量占比控制在10%-0.01%。
本发明实施例公开的硅锂电池正极包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物，负极为硅碳复合材料，使得硅锂电池的能量密度较高，同时，硅锂电池的隔膜使用了硅锗纤维，使得比普通隔膜更加强韧，可以有效避免锂析出产生的锂枝晶刺穿隔膜，从而使得硅锂电池的安全性显著提高。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的硅锂电池结构示意图；
图2为本发明的另一个实施例的硅锂电池制造方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的一个实施例的硅锂电池结构示意图。所述一种硅锂电池10，包括：正极11、负极12、电解质13和隔膜14，所述电解质13和隔膜14介于正极11和负极12之间，所述正极11包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物，所述隔膜14包含硅锗纤维，所述负极12为硅碳复合材料。所述电解质13进一步散布在正极11间隙中。所述一种硅锂电池10进一步包括第一集流体18和第二集流体19，所述第一集流体18用于汇集正极11电流，所述第二集流体19用于汇集负极12电流。所述正极11、负极12、电解质13、隔膜14、第一集流体18和第二集流体19皆密封置于壳体（图未示）内。
所述正极11中锂钴酸镍和锂钴酸氧化物的质量比为1:1，所述正极11包括锂钴酸镍层和锂钴酸氧化物层，所述锂钴酸氧化物喷涂在锂钴酸镍表面，所述锂钴酸氧化物层介于所述锂钴酸镍层和所述隔膜14之间，用于提高锂钴酸镍层的耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特性，可以大幅提高电池的使用寿命，并显著提高充电电流上限。其中，所述正极11进一步包括钽氧化物，所述钽氧化物质量占比0.1%-10%，用于增加所述硅锂电池10的电容性能，提高充放电性能。在放电时，存储在钽氧化物中的电荷可以瞬间放出，响应速度远高于锂电池材料电化学反应时间，从而使得硅锂电池10的放电性能显著高于普通电池。在充电时，存储在钽氧化物中的电荷有利于维持充电电压的稳定性和均衡性，从而使得硅锂电池10的充电性能显著提高。当所述钽氧化物质量占比较低时，比如占比0.1%-3%时，钽氧化物层介于所述第一集流体18和所述正极11之间，所述钽氧化物均匀喷涂在所述第一集流体18上。当所述钽氧化物质量占比较高时，比如占比大于3%，小于等于10%时，所述钽氧化物介于所述锂钴酸氧化物和所述隔膜14之间，所述钽氧化物均匀喷涂在所述锂钴酸氧化物表面或者喷涂在所述隔膜14靠近所述锂钴酸氧化物表面。
所述负极12为硅碳复合材料，所述硅碳复合材料包含硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管中一种或两种以上的组合，所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管被多孔碳、无定型碳或石墨包覆，所述硅碳复合材料呈多孔结构；所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管的直径为20nm-200nm；所述硅碳复合材料的占空比为1:1-1:3，所述硅碳复合材料的多孔结构用于容置析出的锂晶，所述硅碳复合材料多孔结构形成容置空间大小与充放电容量强相关。其中，硅纳米颗粒与硅纳米线或硅纳米管的质量比为1:5-1:9，所述硅纳米线或硅纳米管为形成多孔结构的主要支撑材料，所述硅纳米颗粒为辅助支撑材料，所述硅碳复合材料的占空比为1:2时，所述负极12的综合性能最佳。所述多孔碳、无定型碳或石墨包覆所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管用于避免所述所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管与析出的锂晶接触。
所述电解质13包含氯化钠、氯化钾或氯化钙中一种或两种以上的组合。其中，所述电解质13采用固态卤化钠时，可以有效减少电极腐蚀的问题发生。
所述隔膜14为包含硅锗纤维聚合物隔膜，所述聚合物隔膜为多孔结构，所述多孔结构仅可通过锂离子。所述隔膜14因为添加了硅锗纤维，使得比普通聚合物隔膜更加强韧，可以有效避免锂晶析出产生的锂枝晶刺穿所述隔膜14，从而使得所述硅锂电池10安全性显著提高。
优选的，需要进一步将所述硅锂电池10中的液体质量占比控制在10%-0.01%，具体可通过微波加热、电加热等方式烘干，将所述硅锂电池10中的液体质量占比控制在指定范围内，使得所述硅锂电池10处于半固态、准固态，甚至全固态状态，可以进一步提高所述硅锂电池10的安全性和稳定性。
如图2所示，为本发明的另一个实施例的硅锂电池制造方法流程示意图。一种硅锂电池制造方法，包括步骤：
s1：涂覆负极材料，所述负极材料为硅碳复合材料；
s2：铺设隔膜，所述隔膜包含硅锗纤维；
s3：涂覆电解质，所述电解质包含卤化钠；
s4：涂覆正极材料，所述正极材料包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物。
s5：将硅锂电池中的液体质量占比控制在10%-0.01%。
所述硅碳复合材料包含硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管中一种或两种以上的组合，所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管被多孔碳、无定型碳或石墨包覆，所述硅碳复合材料呈多孔结构；所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管的直径为20nm-200nm；所述硅碳复合材料的占空比为1:1-1:3，所述硅碳复合材料的多孔结构用于容置析出的锂晶。其中，硅纳米颗粒与硅纳米线或硅纳米管的质量比为1:5-1:9，所述硅碳复合材料的占空比为1:2时，所述负极的综合性能最佳。优选的，所述硅碳复合材料涂覆在集流体上。
所述隔膜为包含硅锗纤维聚合物隔膜，所述聚合物隔膜为多孔结构，优选的，所述多孔结构大小仅可通过锂离子。所述隔膜因为添加了硅锗纤维，使得比普通聚合物隔膜更加强韧，可以有效避免锂析出产生的锂枝晶刺穿所述隔膜，从而使得所述硅锂电池安全性显著提高。
所述正极材料中锂钴酸镍和锂钴酸氧化物的质量比为1:1，所述正极材料包括锂钴酸镍层和锂钴酸氧化物层，所述锂钴酸氧化物喷涂在锂钴酸镍表面，所述锂钴酸氧化物层介于锂钴酸镍层和隔膜之间，用于提高锂钴酸镍层的耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特性，可以大幅提高电池的使用寿命，并显著提高充电电流上限。其中，所述正极材料可以进一步包括钽氧化物，所述钽氧化物质量占比0.1%-10%，用于增加所述硅锂电池的电容，提高充放电性能。优选的，根据硅锂电池生产工艺设计，所述步骤s4：涂覆正极材料，可以与步骤s1：涂覆负极材料同步进行，然后将正极材料、电解质、隔膜和负极材料压合到一起。所述步骤s1、s2、s3和s4可以根据不同生产工艺灵活设置先后顺序或同步进行。
所述电解质为方便涂覆为溶剂加卤化钠粉末的混合物，所述溶剂可以为微量的水或者易挥发性溶剂，且制造时与正极、负极和隔膜无不良反应。所述电解质可以直接涂覆在正极材料表面，或者涂覆在其他介质上，再转运到正极与隔膜之间。
所述步骤s5：将硅锂电池中的液体质量占比控制在10%-0.01%，具体可通过微波加热、电加热等方式烘干，将所述硅锂电池中的液体质量占比控制在指定范围内，使得所述硅锂电池处于半固态、准固态，甚至全固态状态。由于硅锂电池中液体质量的严格控制，即使隔膜发生破损时，由于缺少媒介，也可以有效减少正极与负极直接反应，比如发生电池穿刺或严重形变时导致隔膜破损，可以进一步提高所述硅锂电池的安全性和稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供。
1.一种硅锂电池，包括：正极、负极、电解质和隔膜，所述电解质和所述隔膜介于所述正极和负极之间，其特征在于：所述正极包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物，所述隔膜包含硅锗纤维，所述负极为硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的硅锂电池，其特征在于：所述隔膜为包含硅锗纤维聚合物隔膜。
3.根据权利要求1所述的硅锂电池，其特征在于：所述硅碳复合材料包含硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管中一种或两种以上的组合，所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管被多孔碳、无定型碳或石墨包覆，所述硅碳复合材料呈多孔结构。
4.根据权利要求1所述的硅锂电池，其特征在于：所述电解质包含氯化钠、氯化钾或氯化钙中一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求2所述的硅锂电池，其特征在于：所述聚合物隔膜为多孔结构，所述多孔结构仅可通过锂离子。
6.根据权利要求3所述的硅锂电池，其特征在于：所述硅纳米颗粒、硅纳米线或硅纳米管的直径为20nm-200nm。
7.根据权利要求1所述的硅锂电池，其特征在于：所述正极进一步包括钽氧化物，所述钽氧化物质量占比0.1%-10%。
8.根据权利要求3所述的硅锂电池，其特征在于：所述硅碳复合材料的占空比为1:2-1:3。
9.一种硅锂电池制造方法，其特征在于包括步骤：
s1：涂覆负极材料，所述负极材料为硅碳复合材料；
s2：铺设隔膜，所述隔膜包含硅锗纤维；
s3：涂覆电解质，所述电解质包含卤化钠；
s4：涂覆正极材料，所述正极材料包含锂钴酸镍和锂钴酸氧化物。
10.根据权利要求9所述的硅锂电池制造方法，其特征在于进一步包括步骤s5：将硅锂电池中的液体质量占比控制在10%-0.01%。
技术总结