CN102437310A - 一种粉末锂电极的制备方法 - Google Patents

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桑林
丁飞
张晶
徐志彬
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Abstract

本发明涉及一种粉末锂电极的制备方法，包括将含有粉末锂的填充物填满于泡沫金属集流体的空隙中，压制成型后，即为粉末锂电极。本发明采用了含有粉末锂的电极，使得活性物质粉末化，有效增加了电极的比表面积，提高了电极的放电电流密度，有效改善了电池放电倍率特性，采用该电极制备的金属锂电池能够满足大功率电能输出；采用了三维多孔结构的泡沫铜或泡沫镍作为电极集流体，既保证了粉末锂与电极集流体直接接触部分的粘接牢固，又保证了粉末锂与粉末锂之间的粘接力，有效防止了电极在使用过程中脱粉；在粉末锂中掺入了导电粉末，进一步提高了粉末锂电极的放电性能。采用该电极制备的金属锂电池可广泛应用于大功率动力电动工具和电动车等领域。

Description

一种粉末锂电极的制备方法
技术领域
本发明属于金属锂电池技术领域，尤其是涉及一种粉末锂电极的制备方法。 
背景技术
金属锂电池因其具有较高的工作电压和放电比容量，长期以来备受关注。目前商业化比较成熟的金属锂电池主要有锂-碘电池、锂-二氧化锰电池、锂-亚硫酰氯电池等，在日常消费电子产品以及便携式移动通讯中应用非常广泛。 
目前公知的金属锂电池通常使用锂箔作为制作负极的材料，集流体材料为镍基和铜基材料，形态为二维网状或箔状，通过将锂箔与铜/镍网或铜/镍箔在一定压力下压合得到金属锂电极。这种金属锂电极的界面性质在很大程度上影响着电极的放电性能。研究表明，金属锂在非水电解质溶液中的交换电流密度很小（<0.85mA/cm2），使得其在该类电解质溶液中无法进行大电流放电，这严重制约了锂电池的倍率放电性能，导致金属锂电池的倍率特性较差，而锂电极又是决定电池放电性能的关键所在，因此，在需要大功率电能输出的场合，如电动工具或电动汽车中，锂箔负极的金属锂电池难以得到应用。 
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种放电电流密度大、放电倍率特性高、能够满足大功率电能输出的粉末锂电极的制备方法。 
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是： 
一种粉末锂电极的制备方法，其特点是：包括将含有粉末锂的填充物填充在焊有电流引出线的三维多孔结构的金属集流体的空隙中，直至金属集流体内部空隙被填充物完全充满，然后将金属集流体压制成型，即为粉末锂电极。
本发明还可以采用如下技术方案： 
所述填充物中还均匀混合有导电剂3。
所述金属集流体为孔隙率50%-95%的泡沫铜或泡沫镍。 
所述电流引出线为铜丝或镍丝。 
所述导电剂为导电碳粉Super P、导电碳粉VGCF、导电乙炔黑、导电银粉、活性碳粉中的一种。 
所述粉末锂的制备过程为：惰性气氛保护下，将185℃-250℃熔融金属锂与热硅油按体积比1:40-1:120混合，倒入高速分散搅拌机中，在600～6000rp/min条件下分散搅拌60-180分钟，形成锂的乳浊液，然后在快速冷却机中将所述锂的乳浊液迅速冷却至25℃的室温，形成锂的混合液，再将混合液倒入40-800目筛中，得到湿粉末锂；将所述湿粉末锂用无水环己烷充分清洗，除去表面附着的硅油，然后在真空烘箱中90℃-120℃干燥12-24h，过40-800目筛网后，制得粒径为10um-150um的粉末锂。 
所述填充过程包括：所述金属集流体水平放置在不锈钢平板上，所述填充物均匀撒落在金属集流体表面，并用毛刷轻扫，使填充物下落并完全填充在泡沫金属空隙中。 
所述电流引出线通过超声焊焊接在金属集流体边角处。 
所述压制的压力为0.01Mpa-80Mpa。 
本发明具有的优点和积极效果是： 
1、本发明采用了含有粉末锂的电极，使得活性物质粉末化，有效增加了电极的比表面积，可达到0.4m2/g，是传统锂箔电极比表面积的4倍以上；并且由于粉末电极中存在大量的孔隙，有利用电解液对其内部的浸润，改善了电解液与金属锂的界面相容性，降低了电极的反应阻抗，大大提高了界面反应活性，从而提高了电极的放电电流密度，有效改善了电池的放电倍率特性，采用该电极制备的金属锂电池能够满足大功率电能输出，可广泛应用于大功率动力电动工具和电动车等领域。
2、本发明采用了三维多孔结构的泡沫铜或泡沫镍作为电极集流体，既保证了粉末锂与电极集流体直接接触部分的粘接牢固，又保证了粉末锂与粉末锂之间的粘接力，有效防止了电极在使用过程中的脱粉。 
3、本发明通过在粉末锂中掺入了导电粉末，进一步提高了粉末锂电极的放电性能。
4、本发明结构简单、制备工艺简便，过程容易实现。 
附图说明
图1是本发明制备的粉末锂电极结构示意图； 
图中，1-电流引出线，2-粉末锂，3-导电剂，4-金属集流体。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1详细说明如下： 
粉末锂电极的制备过程如下： 
⑴ 粉末锂的制备
惰性气氛保护下，将熔融金属锂与热硅油按体积比1:40-1:120混合，倒入高速分散搅拌机中，在600～6000rp/min条件下分散搅拌60-180分钟，形成锂的乳浊液，然后在快速冷却机中将所述锂的乳浊液迅速冷却至25℃的室温，形成锂的混合液，再将混合液倒入40-800目筛中，得到湿粉末锂；将所述湿粉末锂用无水环己烷充分清洗，除去表面附着的硅油，然后在真空烘箱中90℃-120℃干燥12-24h，过40-800目筛网后，制得粒径为10um-150um的粉末锂2；
⑵ 金属集流体的选用和焊接
选用孔隙率50%-95%的泡沫铜或泡沫镍作为粉末锂电极的金属集流体4；通过超声焊在金属集流体的边角处焊接铜丝或镍丝作为电流引出线1；
⑶ 填充
将步骤⑵中金属集流体水平放置在不锈钢平板上，将含有步骤⑴制备的粉末锂作为填充物均匀撒落在金属集流体表面，并用毛刷轻扫，使粉末锂下落并完全填充在金属集流体的空隙中，直至金属集流体内部空隙被填充物完全充满；所述填充物中还可以均匀混合有导电剂3；所述导电剂为导电碳粉Super P、导电碳粉VGCF、导电乙炔黑、导电银粉、活性碳粉中的一种；
⑷ 压制成型
将步骤⑶填充后的金属集流体放置在油压机上，施加0.01Mpa-80Mpa的压力压制2秒-120秒，成型后即为粉末锂电极。
实施例1 
⑴ 粉末锂的制备
惰性Ar气保护下，将185℃-250℃熔融金属锂与热硅油按体积比1:40-1:120混合，倒入高速分散搅拌机中，在600～6000rp/min条件下分散搅拌60-180分钟，形成锂的乳浊液，然后在快速冷却机中将所述锂的乳浊液迅速冷却至25℃的室温，形成锂的混合液，再将混合液倒入40-800目筛中，得到湿粉末锂；将所述湿粉末锂用无水环己烷充分清洗，除去表面附着的硅油，然后在真空烘箱中90℃-120℃干燥12-24h，过40-800目筛网后，制得粒径为10um-150um的粉末锂；
⑵ 金属集流体的选用和焊接
选用孔隙率为50%～95%、面积10cm2-100cm2、厚度1mm-2mm的泡沫铜作为金属集流体，通过超声焊在金属集流体的边角处焊接铜丝或镍丝作为电流引出线；
⑶ 填充
将步骤⑵中焊有电流引出线的泡沫铜水平放置在不锈钢平板上，称取步骤⑴制备的粉末锂1g-200g均匀撒落在泡沫铜表面，并用毛刷轻扫，使停留在泡沫铜表面的锂粉继续下落至泡沫铜空隙中，直至泡沫铜内部空隙被粉末锂完全充满；
⑷ 压制成型
将步骤⑶中充满粉末锂的泡沫铜置于油压机上，在0.01Mpa-80Mpa压力下压制2秒-120秒成型，即为填充在泡沫铜中的全锂粉粉末锂电极。
实施例2 
将实施例1中制备的粉末锂过筛至粒径为10um粉末锂与粒径为1um-50um的导电碳粉Super P按体积比9:1均匀混合，称取该混合粉末1g-200g均匀撒落在泡沫铜表面，其余步骤与实施例1相同，即制成填充在泡沫铜中含导电碳粉Super P的粉末锂电极。
实施例3 
将实施例2中的导电碳粉Super P更换为粒径1um-50um的导电碳粉VGCF，其余步骤与实施例1相同，即制成填充在泡沫铜中含导电碳粉VGCF的粉末锂电极。
实施例4 
将实施例2中的导电碳粉Super P更换为粒径1um-50um的导电乙炔黑，其余步骤与实施例1相同，即制成填充在泡沫铜中含导电乙炔黑的粉末锂电极。
实施例5 
将实施例2中的导电碳粉Super P更换为粒径1um-50um的导电银粉，其余步骤与实施例1相同，即制成填充在泡沫铜中含导电银粉的粉末锂电极。
实施例6 
将实施例2中的导电碳粉Super P更换为粒径1um-50um的活性碳粉，其余步骤与实施例1相同，即制成填充在泡沫铜中含活性碳粉的粉末锂电极。
实施例7 
将实施例1中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例1相同，即制成填充在泡沫镍中全粉末锂的粉末锂电极。
实施例8 
将实施例2中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例2相同，即制成填充在泡沫镍中含导电碳粉Super P的粉末锂电极。
实施例9 
将实施例3中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例3相同，即制成填充在泡沫镍中含导电碳粉VGCF的粉末锂电极。
实施例10 
将实施例4中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例4相同，即制成填充在泡沫镍中含导电乙炔黑的粉末锂电极。
实施例11 
将实施例5中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例5相同，即制成填充在泡沫镍中含导电银粉的粉末锂电极。
实施例12 
将实施例6中的金属集流体泡沫铜更换为泡沫镍，其余与实施例6相同，即制成填充在泡沫镍中含活性碳粉的粉末锂电极。
上述方法制备出的粉末锂电极，用于金属锂电池中，金属锂电池具有大功率电能输出的特点。 
以上所述仅为本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这也应属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种粉末锂电极的制备方法，其特征在于：包括将含有粉末锂的填充物填充在焊有电流引出线的三维多孔结构的金属集流体的空隙中，然后将金属集流体压制成型，即为粉末锂电极。
2.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述填充物中还均匀混合有导电剂。
3.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述金属集流体为孔隙率50%-95%的泡沫铜或泡沫镍。
4.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述电流引出线为铜丝或镍丝。
5.根据权利要求2所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述导电剂为导电碳粉Super P、导电碳粉VGCF、导电乙炔黑、导电银粉、活性碳粉中的一种。
6.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述粉末锂的制备过程为：惰性气氛保护下，将185℃-250℃熔融金属锂与热硅油按体积比1:40-1:120混合，倒入高速分散搅拌机中，在600～6000rp/min条件下分散搅拌60-180分钟，形成锂的乳浊液，然后在快速冷却机中将所述锂的乳浊液迅速冷却至25℃的室温，形成锂的混合液，再将混合液倒入40-800目筛中，得到湿粉末锂；将所述湿粉末锂用无水环己烷充分清洗，除去表面附着的硅油，然后在真空烘箱中90℃-120℃干燥12-24h，过40-800目筛网后，制得粒径为10um-150um的粉末锂。
7.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述填充过程包括：所述金属集流体水平放置在不锈钢平板上，所述填充物均匀撒落在金属集流体表面，并用毛刷轻扫，使填充物下落并完全填充在泡沫金属空隙中。
8.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述电流引出线通过超声焊焊接在金属集流体边角处。
9.根据权利要求1所述的粉末锂电极的制备方法，其特征在于：所述压制的压力为0.01Mpa-80Mpa。
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