CN105552379A - 碳纳米管纸为集流体的硅负极锂离子电池制备方法 - Google Patents

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刘珍红
陈珑
邱志文
蔡满园
庞志鹏
岳立福
吴小勇
聂艳艳
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Abstract

碳纳米管纸为集流体的硅负极锂离子电池制备方法，由负极电池壳（1）、碳纳米管纸上涂有硅粉的负极片（2）、隔膜（3）、铝箔上涂有正极活性材料的正极片（4）、泡沫镍（5）、正极电池壳（6）组成；正极集流体采用铝箔，表面涂覆正极活性材料后烘干，按电池大小裁剪后即得正极片，负极以碳纳米管纸为集流体，表面涂覆负极浆料后烘干，裁剪成与正极片同等大小，即得负极片，真空干燥，最后在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。本发明的电池对比铜箔集流体具有明显的优势，碳纳米管纸集流体硅负极锂离子电池的放电能力在同等条件下比传统铜箔集流体提高100-500%以上。

Description

碳纳米管纸为集流体的硅负极锂离子电池制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种碳纳米管纸为集流体的以硅为负极活性材料的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有较高的能量密度、稳定的输出电压已经成为了便携式移动电源的主要设备。为了进一步提高锂离子电池的能量密度以及功率密度，发展高比容量的正负极材料是关键所在。在当前众多的高比容量负极材料中，硅材料具有最高的理论比容量，当充电至Li4.4Si时可以存储4200mAh/g的比容量（高于商用石墨负极理论比容量的10倍），同时具有较低的放电平台0.4V（vs.Li/Li+，脱锂电压）；且硅材料安全无毒储量丰富。因此，单质硅材料是理想的高比容量负极材料。然而硅在嵌锂过程中伴随着较大体积膨胀，可达至原来的4倍，影响其充放电循环稳定性，使得锂离子电池充放电循环过程中出现严重的容量衰减现象。采用碳包覆硅制作电极能有效的缓解硅材料在循环过程中发生的体积变化。然而锂离子电池的硅负极集流体的改进却鲜有文章。碳纳米管导电纸是将碳纳米管与纸纤维复合，其既有优异的导电性能，且保留了纸纤维的良好柔韧性。将活性材料涂布在碳纳米管纸多孔的表面能极大的增大活性物质与集流体的接触面积，增加Li+扩散通道。且硅附在导电纸表面后的体积膨胀能有效的得到缓冲，多次循环后不致脱落。因此，将碳纳米管纸用作负极集流体能改善硅负极锂离子电池的循环性能。
发明内容
本发明是涉及一种用碳纳米管纸作为集流体的可充电硅负极锂离子电池。
本发明是通过以下技术方案实现的。
硅负极锂离子电池由负极电池壳（1）、碳纳米管纸上涂有硅粉的负极片（2）、隔膜（3）、铝箔上涂有正极活性材料的正极片（4）、泡沫镍（5）、正极电池壳（6）组成。正极集流体采用铝箔，表面涂覆正极活性材料后烘干，按电池大小裁剪后即得正极片，负极以碳纳米管纸为集流体，表面涂覆负极浆料后烘干，裁剪成与正极片同等大小，即得负极片，真空干燥，最后在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。
本发明所述的正极活性材料优选磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂。
本发明所述的负极活性材料优选硅、石墨或钛酸锂。
本发明的电池对比铜箔集流体具有明显的优势，碳纳米管纸集流体硅负极锂离子电池的放电能力在同等条件下比传统铜箔集流体提高100-500%以上。
附图说明
图1为本发明的电池结构示意图。其中1为负极电池壳，2为碳纳米管纸上涂有硅粉的负极片，3为隔膜，4为铝箔上涂有正极活性材料的正极片，5为泡沫镍，6为正极电池壳。
图2碳纳米管纸集流体硅负极锂离子电池恒流充放电图。
图3铜箔集流体硅负极锂离子电池恒流充放电图。
图4碳纳米管纸集流体和铜箔集流体硅负极锂离子电池循环性能对比图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
本发明所述碳纳米管纸的制备如下：首先石墨化的碳纳米管加入去离子水、乙醇等溶剂中，加适量分散剂后超声，剪切得碳纳米管分散液；将纸纤维粉碎和打散制得纸纤维浆料；两者均匀混合，真空抽滤，制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，真空干燥后待用。硅材料（纳米硅，炭包硅，微米硅等）为负极活性材料涂敷在碳纳米管纸单面并真空干燥后压实。
实施例1。
将导电炭黑和硅粉混合后制成浆料，涂布在碳纳米管导电纸表面制成负极，裁剪成所需大小后与正极极片在真空手套箱中组装成全电池。
实施例2。
将碳纳米管和纳米硅粉混合后制成浆料，涂布在碳纳米管导电纸表面制成负极，裁剪成所需大小后与正极极片在真空手套箱中组装成全电池。
实施例3。
将石墨烯和纳米硅粉混合后制成浆料，涂布在碳纳米管导电纸表面制成负极，裁剪成所需大小后与正极极片在真空手套箱中组装成全电池。

Claims (3)

1.碳纳米管纸为集流体的硅负极锂离子电池制备方法，其特征是由负极电池壳（1）、碳纳米管纸上涂有硅粉的负极片（2）、隔膜（3）、铝箔上涂有正极活性材料的正极片（4）、泡沫镍（5）、正极电池壳（6）组成；正极集流体采用铝箔，表面涂覆正极活性材料后烘干，按电池大小裁剪后即得正极片，负极以碳纳米管纸为集流体，表面涂覆负极浆料后烘干，裁剪成与正极片同等大小，即得负极片，真空干燥，最后在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的负极活性材料为硅、石墨或钛酸锂。
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