CN105591070A - 一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

<b></b>一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法，以重量份计，包括以下步骤：1）负极高粘度浆料制备；2）改性泡沫镍制备、3）压制。本发明，有效降低了电极活性物质和集流体的接触内阻，提高了电极的综合性能，同时泡沫镍表面镀有含有锂离子的物质，可以提高在充放电过程中锂离子的传输速率。具有能量密度高、吸液能力强、粘附力强等优点，尤其适合于数码领域所用锂离子电池。

Description

一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体的说是通过一种新的制备负极极片的方法制备出高比能量密度的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池以其能量密度高、循环寿命好、环境友好而应用于通讯、数码、电动汽车等领域。而目前提高锂离子电池能量密度的方法主要有：1）提高材料的压实密度；2）选择高容量的正负极材料；3）选择高电压电解液；4）通过优化电池设计、工艺配方；5）选择更薄集流体；而方法（1-4）在目前的条件下很难有大的提高，而方法(5)的改善措施无非是选择更薄的铝箔（15μm）和铜箔（8μm）以实现其能量密度的提高。而国内绝大多数负极集流体采用铜箔，其存在自身密度大，无孔隙及其粘附力差等缺陷，影响其能量密度的进一步提高。
目前国内很少采用泡沫镍作为负极集流体制备出锂离子电池负极极片以提高锂离子电池的能量密度。比如专利CN104659332A公开了一种高倍率磷酸铁锂电池正极及其制造方法，电极的集流体主体为具有三维导电骨架结构的通孔泡沫镍，泡沫镍导电骨架表面涂覆有可电子导电的保护层，其制备出的电极存在与电解液相容性差、安全性能差及其倍率性能差的问题，影响其推广使用。
发明内容
本发明正是基于目前锂离子电池所用集流体孔隙率低、粘附力差及其自身密度大的缺点，通过改变集流体以提高锂离子电池的能量密度，并兼顾锂离子电池的循环性能的一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法，以重量份计，包括以下步骤：
1）、负极高粘度浆料制备：称取石墨、活性炭、石墨烯在三维混料机中混合均匀后，添加LA133水性粘结剂，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到高粘度负极浆料；所述的石墨：活性炭：石墨烯：LA133粘结剂的比例为100：10~50：1~10：5~20；
2）改性泡沫镍制备：选取孔隙率为80%-90%的泡沫镍并作为阴极，0.1mol/L的碳酸锂和氯化铜混合溶液：体积比1：1为电解液，铂电极为阳极，采用电化学法在泡沫镍上电沉积一层高导电、耐腐蚀的物质得到改性泡沫镍；
3）、将步骤1）中的高粘度负极浆料通过静态状态下采用辊压机压制在步骤2）的改性泡沫镍上，其中压制温度为80℃，压力为2Mpa、压制时间为5min，制备出负极极片，再通过喷涂技术将浓度为0.1g/ml的稳定液：LiAlO2、苯基锂、氯仿的比例为5~15:1~5:100喷涂在负极极片表面，经过极片干燥，切片、叠片得到高比容量锂离子电池。
所述的辊压机压制方法为：首先将高粘度负极材料涂覆在改性泡沫镍的表面，在压制温度为（50~100）℃、压力位0.5~5Mpa、压制时间1~10分钟；制备出负极极片。
本发明的有益效果：1）本发明中由于采用了导电保护涂层涂覆镍骨架表面，一方面隔离了电解液对镍表面非理想洁净状态的浸蚀，同时由于保护涂层中粘接剂与电池正极活性物质相容性较好，有效降低了电极活性物质和集流体的接触内阻，提高了电极的综合性能，同时泡沫镍表面镀有含有锂离子的物质，可以提高在充放电过程中锂离子的传输速率。2）采用高粘负极浆料，并压制在多孔泡沫镍上，可以提高活性材料在极片占有比率，从而提高其极片体积能量密度，同时由于泡沫镍的密度小于市场上常用的铜箔，从而又可以提高极片的质量能量密度。同时高粘度负极材料中具有导电性高的石墨烯，吸液保液能力强的活性炭又可以提高锂离子电池的循环性能。3）在极片表面喷涂一层安全稳定液LiAlO2，提高其锂离子的传输速率和提高其异常状况下的安全性能。
附图说明
图1是实施例1制备出的负极极片SEM图片。
图2是实施例与对比例的循环曲线比较图。
具体实施方式
一种高比能量锂离子电池极片及其锂离子电池的制备方法，电池的集流体采用改性三维结构泡沫镍，同时制备出高粘复合负极材料，通过辊压机采用一定的压制方式将高粘复合负极材料压制在改性泡沫镍上，干燥完毕后，在其表面喷涂稳定液，之后再经过干燥，切片、叠片等工序制备出高比容量锂离子电池。
实施例1：
1、负极高粘度浆料制备：称取1000g石墨、300g活性炭、50g石墨烯在三维混料机混合均匀后，添加LA133水性粘结剂100g，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到负极浆料；
2、改性泡沫镍制备：选取孔隙率为85%的泡沫镍并作为阴极，0.1mol/L的碳酸锂和氯化铜混合溶液（体积比1：1）为电解液，铂电极为阳极，采用电化学法在泡沫镍上电沉积一层高导电、耐腐蚀的物质得到改性泡沫镍；
3、之后将步骤1中的负极浆料通过静态状态下采用辊压机压制在步骤2改性泡沫镍上，其中压制温度为80℃、压力位2Mpa、压制时间5min，制备出负极极片，之后通过喷涂技术将稳定液（比例为LiAlO2，苯基锂、氯仿=10g:3g:100g，浓度为0.1g/ml）喷涂在其负极极片表面,经过极片干燥、切片、叠片最后得到负极极片。
实施例2：
1、负极高粘度浆料制备：称取1000g石墨、100g活性炭、10g石墨烯在三维混料机混合均匀后，添加LA133水性粘结剂50g，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到负极浆料；
2、改性泡沫镍制备：选取孔隙率为80%的泡沫镍并作为阴极，0.1mol/L的碳酸锂和氯化铜混合溶液（体积比1：1）为电解液，铂电极为阳极，采用电化学法在泡沫镍上电沉积一层高导电、耐腐蚀的物质得到改性泡沫镍；
3、之后将步骤1中的负极浆料通过静态状态下采用辊压机压制在步骤2改性泡沫镍上，其中压制温度为50℃，压力位0.5Mpa压制时间10min，制备出负极极片，之后通过喷涂技术将稳定液（比例为LiAlO2，苯基锂、氯仿=10g:3g:100g，浓度为0.1g/ml）喷涂在其负极极片表面,之后经过极片干燥，切片最后得到负极极片。
实施例3：
1、负极高粘度浆料制备：制备称取1000g石墨、500g活性炭、100g石墨烯在三维混料机混合均匀后，添加LA133水性粘结剂200g，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到负极浆料；
2）改性泡沫镍制备：选取孔隙率为90%的泡沫镍并作为阴极，0.1mol/L的碳酸锂和氯化铜混合溶液（体积比1：1）为电解液，铂电极为阳极，采用电化学法在泡沫镍上电沉积一层高导电、耐腐蚀的物质得到改性泡沫镍；
3）之后将步骤1中的负极浆料通过静态状态下采用辊压机压制在步骤2改性泡沫镍上，其中压制温度为100℃，压力位5Mpa压制时间1min，制备出负极极片，之后通过喷涂技术将稳定液（比例为LiAlO2，苯基锂、氯仿=10g:3g:100g，浓度为0.1g/ml）喷涂在其负极极片表面,之后经过极片干燥，切片最后得到负极极片。
对比例：
首先称取1000g石墨、50g石墨烯、LA133水性粘结剂100g，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到负极浆料；之后通过涂布机将浆料涂覆在铜箔集流体上，之后干燥、切片得到负极极片。
电化学性能测试：
分别以对比负极极片及实施例1-3中制得的锂离子电池负极极片作为负极材料，以磷酸铁锂材料为正极材料，电解液使用LiPF6为电解质，浓度为1.3mol/L，体积比为1:1的EC和DEC为溶剂，隔膜使用Celgard2400膜，利用现有技术制备出5Ah软包电池，之后测试其极片的粘附力及其软包电池直流内阻、循环寿命及其安全性能。
测试方法如下：
1）粘附力测试：选取5mm×30mm负极极片粘贴于3M胶带上，之后采用万能拉力机测试其极片的粘附力。
2）直流内阻测试：取实施例1～2及对比例制备的锂离子电池，测试方法：参考《FreedomCAR电池测试手册》，结果见下表1。
3）针刺短路试验：取实施例1～2及对比例制备的锂离子电池，测试方法：见UL2054安全标准测试标准，结果见下表1。
表1实施例及对比例制备锂离子电池性能比较
由表1可以看出，实施例的直流内阻小于对比例，其原因为改性泡沫镍与活性物质的接触面积增大，造成锂离子电池的电阻减小，同时由于在泡沫镍表面电镀一层保护膜可以降低电解液长期泡沫镍的腐蚀，从而有利于电池循环寿命的提高。并且泡沫镍较大的孔隙率可以容纳更多的活性物质，从而又可以提高锂离子电池的能量密度。在负极极片涂覆一层LiAlO2复合导电液又可以提高锂离子电池的安全性能。

Claims (2)

1.一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法，以重量份计，包括以下步骤：1）负极高粘度浆料制备；2）改性泡沫镍制备、3）压制；其特征在于：
1）、负极高粘度浆料制备：称取石墨、活性炭、石墨烯在三维混料机中混合均匀后，添加LA133水性粘结剂，并在高粘度搅拌机中搅拌均匀得到高粘度负极浆料；所述的石墨：活性炭：石墨烯：LA133粘结剂的比例为100：10~50：1~10：5~20；
2）、改性泡沫镍制备：选取孔隙率为80%-90%的泡沫镍并作为阴极，0.1mol/L的碳酸锂和氯化铜混合溶液：体积比1：1为电解液，铂电极为阳极，采用电化学法在泡沫镍上电沉积一层高导电、耐腐蚀的物质得到改性泡沫镍；
3）、压制：将步骤1）中的高粘度负极浆料通过静态状态下采用辊压机压制在步骤2）的改性泡沫镍上，其中压制温度为80℃，压力为2Mpa、压制时间为5min，制备出负极极片，再通过喷涂技术将浓度为0.1g/ml的稳定液：LiAlO2、苯基锂、氯仿的比例为5~15:1~5:100喷涂在负极极片表面，经过极片干燥，切片、叠片得到高比容量锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种高比能量负极极片及其锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）辊压机压制方法为：首先将高粘度负极材料涂覆在改性泡沫镍的表面，在压制温度为（50~100）℃、压力位0.5~5Mpa、压制时间1~10分钟；制备出负极极片。
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