CN103022423A - 一种锂离子安全负极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子安全负极的制备方法：使用人造石墨、PVDF粘接剂、增塑剂、聚丙烯腈、丙酮、聚乙烯、乙炔黑、导电聚噻吩制备负极浆料；涂布在负极集流体上，作为初始极片；将碳纳米管、PVDF粘结剂浆料均匀涂布在初始极片上，作为碳纳米管包覆的极片，碳纳米管的质量占整个负极膜片的质量5-10%；冷压、切片，制得负极极片。本发明制备的安全负极，在高温工作时进入熔融状态，从而可让负极失去导电性，保护电池不会继续过热爆炸；在负极的表面涂布有碳纳米管，在充电时，负极导电能力强，锂离子进入负极的速度快，这样不容易在负极表面形成锂枝晶，提高了电池的安全性。

Description

一种锂离子安全负极的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电池负极制备方法，尤其涉及一种锂离子安全负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源。随着科技的发展，各种采用锂离子电池的数码产品更新升级速度很快，产品大都趋于便携化、经济化。

锂离子电池作为一种环保的、具有高能量密度的二次电池，已经引起广泛关注，但目前锂离子电池的电化学体系很难满足既能大电流充电又能确保短路时电池安全的要求。

在现有的锂离子电池中，如果大电流充电，很容易在负极上形成锂枝晶，进而造成短路，发生安全事故；如果电池内部混入了金属颗粒，或者当电池受到挤压时，电池同样会发生内短路，尤其是正极集流体接触负极膜片的短路方式，很容易引起电池燃烧，甚至爆炸。 因此迫切需要提供一种比容量高、循环性能强、安全性能高的锂离子负极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子安全负极的制备方法，使用该方法制备的安全负极的锂离子电池具有比容量大、循环性能好、安全可靠等特点。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子安全负极的制备方法包括如下步骤：

步骤1，制备负极浆料 

使用如下物质重量份配比负极浆料：

人造石墨  60-68

PVDF粘接剂   10-15

增塑剂     4-7

聚丙烯腈  3-6

丙酮      50-70

聚乙烯    1-3

乙炔黑    3-5

导电聚噻吩    1-5；

将上述聚丙烯腈加入到上述丙酮中分散，制成聚丙烯腈分散液，依次加入导电聚噻吩和乙炔黑，以及聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨，得到负极浆料； 

步骤2，涂布浆料

将上述浆料涂布在负极集流体上，作为初始极片；

步骤3，涂布碳纳米管

将碳纳米管、粘结剂PVDF按质量比1:3-4溶于水中，搅拌成均匀的浆料，然后将浆料均匀涂布在已制成的初始极片上，作为碳纳米管包覆的极片，碳纳米管涂布完成后，碳纳米管的质量占整个负极膜片的质量5-10%；

步骤4，冷压、切片，制得负极极片。

在本发明所述方法的一种优选实施例中，步骤1中，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800-1000转/分钟搅拌1-2小时后，依次加入导电聚噻吩和乙炔黑以及聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨。

在本发明所述的优选实施例中，步骤1中，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800-1000转/分钟搅拌1-2小时后，向搅拌机加入导电聚噻吩和乙炔黑；以2000-2500转/分钟搅拌2-4小时后，再向搅拌机加入上述聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨。

最优选地，步骤1中各组分混合后，以1200-1500转/分钟搅拌3-5小时，得到负极浆料。即：将聚丙烯腈加入到丙酮中分散，制成聚丙烯腈分散液，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800-1000转/分钟搅拌1-2小时，向搅拌机中加入导电聚噻吩和乙炔黑，以2000-2500转/分钟搅拌2-4小时，再向搅拌机加入聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨，以1200-1500转/分钟搅拌3-5小时得到负极浆料。

本发明制备的安全负极，在负极浆料中采用了聚乙烯、导电聚噻吩等添加剂，在高温工作时，进入熔融状态，从而可让负极失去导电性，因而保护电池不会继续过热爆炸，此外，在负极的表面涂布有碳纳米管，因此在充电时，负极导电能力强一些，锂离子进入负极的速度就变快，这样不容易在负极表面形成锂枝晶，提高了电池的安全性。因此该负极用于锂离子电池时，比容量高，循环性能好，使用寿命长。

具体实施方式

实施例一

使用如下物质重量份配比负极浆料：人造石墨60，PVDF粘接剂10，增塑剂4，聚丙烯腈3，丙酮50，聚乙烯1，乙炔黑3，导电聚噻吩1。

将上述聚丙烯腈加入到上述丙酮中分散，制成聚丙烯腈分散液，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800转/分钟搅拌2小时，向搅拌机中加入导电聚噻吩和乙炔黑，以2000转/分钟搅拌4小时，再向搅拌机加入上述聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨，以1200转/分钟搅拌5小时得到负极浆料。将上述浆料涂布在负极集流体上，作为初始极片。将碳纳米管、粘结剂PVDF按质量比1:3溶于水中，搅拌成均匀的浆料，然后将浆料均匀涂布在已制成的初始极片上，作为碳纳米管包覆的极片，碳纳米管涂布完成后，碳纳米管的质量占整个负极膜片的质量5%。冷压、切片，制得负极极片。

实施例二

使用如下物质重量份配比负极浆料：人造石墨68，PVDF粘接剂15，增塑剂7，聚丙烯腈6，丙酮70，聚乙烯3，乙炔黑5，导电聚噻吩5。

将上述聚丙烯腈加入到上述丙酮中分散，制成聚丙烯腈分散液，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以1000转/分钟搅拌1小时，向搅拌机中加入导电聚噻吩和乙炔黑，以2500转/分钟搅拌2小时，再向搅拌机加入上述聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨，以1500转/分钟搅拌3小时得到负极浆料。将上述浆料涂布在负极集流体上，作为初始极片。将碳纳米管、粘结剂PVDF按质量比1: 4溶于水中，搅拌成均匀的浆料，然后将浆料均匀涂布在已制成的初始极片上，作为碳纳米管包覆的极片，碳纳米管涂布完成后，碳纳米管的质量占整个负极膜片的质量10%。冷压、切片，制得负极极片。

比较例

采用如下质量百分比的物质制备负极浆料，聚丙烯腈2%、乙炔黑0.5%，石墨97.5%。将浆料涂布在及流通上，冷压、切片，制得负极极片。

将实施例一、二及比较例所得负极，以金属锂片作为对电极和参比电极，Clegard2500作隔膜，1mol/L LiPF₆的EC+DMC（体积比1：1）溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装配成2016型扣式电池。此处LiPF₆为六氟磷酸锂EC，为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯。然后将制备的电池在高温下（90-110℃）通过反复的充电放电测试，经测试该实施例一和二的的负极与比较例的负极相比，安全性能提升了80%以上，循环寿命提高了2倍以上。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种锂离子安全负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，制备负极浆料 

使用如下物质重量份配比负极浆料：

人造石墨  60-68

PVDF粘接剂   10-15

增塑剂     4-7

聚丙烯腈  3-6

丙酮      50-70

聚乙烯    1-3

乙炔黑    3-5

导电聚噻吩    1-5；

将上述聚丙烯腈加入到上述丙酮中分散，制成聚丙烯腈分散液，依次加入导电聚噻吩和乙炔黑，以及聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨，得到负极浆料； 

步骤2，涂布浆料

将上述浆料涂布在负极集流体上，作为初始极片；

步骤3，涂布碳纳米管

将碳纳米管、粘结剂PVDF按质量比1:3-4溶于水中，搅拌成均匀的浆料，然后将浆料均匀涂布在已制成的初始极片上，作为碳纳米管包覆的极片，碳纳米管涂布完成后，碳纳米管的质量占整个负极膜片的质量5-10%；

步骤4，冷压、切片，制得负极极片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800-1000转/分钟搅拌1-2小时后，依次加入导电聚噻吩和乙炔黑以及聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，将聚丙烯腈的分散液放入搅拌机中以800-1000转/分钟搅拌1-2小时后，向搅拌机加入导电聚噻吩和乙炔黑；以2000-2500转/分钟搅拌2-4小时后，再向搅拌机加入上述聚乙烯、PVDF、增塑剂和石墨。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中各组分混合后，以1200-1500转/分钟搅拌3-5小时，得到负极浆料。

5.一种如权利要求1所述方法制备的锂离子安全负极。