CN106299253B - 一种锂离子电池负极极片的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极极片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有效的提高负极极片的面密度的一种锂离子电池负极极片的制备方法。步骤如下所述，1.采用模板法制备高孔隙率的纳米多孔铜电极材料然后涂覆极片上；2.涂覆以石墨为主材料的浆料；3.烘干、并制备成锂离子电池负极极片。本制备方法中纳米多孔铜电极材料制备方法简单，在室温下一步反应完成，与利用脱合金、化学刻蚀等技术制备的纳米多孔铜相比，本工艺制成的多孔铜金属成分纯净单一，比表面积大，可以有效的提高锂离子电池负极浆料在铜集流体上的附着力，增加锂离子电池负极极片的面密度、改善胶粘剂的粘结效果，提高电池的容量和循环性能。

Description

一种锂离子电池负极极片的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极极片的制备方法。
背景技术
近年来，世界能源系统正处于快速转换过程中，新能源已从现有能源格局中脱颖而出，成为世界各国能源发展的新思路与新模式。同时锂离子动力电池作为当前最有发展前景的绿色二次电池，具有循环寿命长、安全性能好、自放电低、无记忆效应、无污染等优势。但是目前商业化的锂离子电池通常采用以光滑的铜箔为负极集流体，表面张力较大，容易造成负极浆料与集流体间粘结性差，在极片的制备过程中易出现掉料、漏箔、面密度低等现象，严重影响电池的容量和循环性能。
本发明通过简便的化学还原方法制备出纳米多孔铜作为负极集流体，具有较大的比表面积，达到500m2/g，具有较小的表面张力，可增加浆料在集流体上的润湿性、进而提高极片的面密度。
发明内容
本发明目的是有效的提高负极极片的面密度，改善负极浆料与集流体间亲和性差、粘结性不好等缺点，提供一种锂离子电池负极极片的制备方法。本发明是通过如下技术方案实现的。
一种锂离子电池负极极片的制备方法，步骤如下所述，
1.采用模板法制备高孔隙率的纳米多孔铜电极材料然后涂覆极片上，纳米多孔铜电极材料的制备过程为在含有多聚磷酸盐的水溶液中加入用于制备金属纳米粒子的前驱体水溶液，在搅拌条件下，加入碱金属硼氢化物作为还原剂，反应一定时间制得纳米多孔铜；
2.涂覆以石墨为主材料的浆料；
3.烘干、并制备成锂离子电池负极极片。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述的多聚磷酸盐包括多聚磷酸钠、多聚磷酸钾、多聚磷酸铵的一种或多种。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述的多聚磷酸盐的浓度为50mmol/L-100mmol/L。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述的水溶性金属纳米粒子前驱体为氯化铜水溶液。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾中的一种。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述浆料各组分占浆料固含量的质量比为导电剂：0.5%-5.5%，粘结剂：2%-8.5%，石墨：86%-96%，浆料的固含量为50%-80%。
根据所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；浆料采用的溶剂为去离子水；导电剂为导电炭黑、KS系列石墨、碳纳米管。
本发明在制备锂离子电池负极极片方面具有以下优点：
1.纳米多孔铜电极材料的制备方法简单，在室温下一步就可以完成反应，不会产生多余的废物，成本低，产品为固体，容易分离，便于工业化生产制备；
2.制备的纳米多孔铜电极材料具有较大的比表面积，达到500m2/g，表面张力小，易于浆料在集流体上附着，增加负极颗粒与集流体间的结合强度，增加负极极片的面密度，进而可以提高以石墨为负极主材料的锂电池的容量和电池的循环性能。
附图说明
图1为纳米多孔铜电极材料物理形貌。
具体实施方式
本发明的一种锂离子电池负极极片的制备方法，使用模板法制备高孔隙率的纳米多孔铜电极材料，涂覆在极片上，然后再涂覆以石墨为主材料的浆料，烘干、并制备成锂离子电池负极极片。
模板法制备纳米多孔铜电极材料的制备过程为：在含有多聚磷酸盐的水溶液中加入用于制备金属纳米粒子前驱体水溶液，在搅拌的条件下，加入碱金属硼氢化物作为还原剂，反应一定时间制得纳米多孔铜。其中，多聚磷酸盐包括多聚磷酸钠、多聚磷酸钾与多聚磷酸铵一种或多种。多聚磷酸盐的浓度为50mmol/L-100mmol/L。
上述方案中制备纳米多孔铜电极材料所用的水溶性金属纳米粒子前驱体为氯化铜水溶液。上述方案中制备纳米多孔铜电极材料所用的还原剂为各类碱金属硼氢化物，优选为硼氢化钠与硼氢化钾。
上述方案中浆料占浆料固含量的质量配比为：导电剂：0.5%-5.5%，粘结剂：2%-8.5%，石墨：86%-96%，浆料的固含量为50%-80%。上述方案中所述浆料中粘结剂为：聚偏氟乙烯（PVDF）；溶剂为：去离子水；导电剂为：导电炭黑或KS系列石墨、碳纳米管。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
纳米多孔铜电极材料的制备。所采取的优选方案为：取5mmol/L的氯化铜水溶液10mL加入到100mL 5mmol/L的多聚磷酸钠溶液中，在搅拌的条件下，逐滴加入5mL 1mmol/L的硼氢化钠水溶液，在室温下持续搅拌10分钟，即可得到纳米多孔铜电极材料，其物理形貌如图1所示。
负极浆料制备工艺如下。
实施例1
本例中负极浆料中各物质的重量配比为石墨：粘结剂（PVDF-5130）：导电剂（KS-6）=92.5：5：2.5；溶剂为去离子水，固含量为67.5%。各物质在溶剂中充分混合并均匀搅拌成糊状，制成负极浆料。
实施例2
本例中负极浆料中各物质的重量配比为石墨：粘结剂（PVDF-5130）：导电剂（KS-6）=93：3.5：3.5；溶剂为去离子水，固含量为70.5%。各物质在溶剂中充分混合并均匀搅拌成糊状，制成负极浆料。
实施例3
本例中负极浆料中各物质的重量配比为石墨：粘结剂（PVDF-5130）：导电剂（KS-6）=94：2.5：3.5；溶剂为去离子水，固含量为73%。各物质在溶剂中充分混合并均匀搅拌成糊状，制成负极浆料。
将上述实例中制备的负极浆料分别均匀的涂敷于正常的铜箔和涂有纳米多孔铜电极材料铜箔上，通过手压式取样器取样，并通过电子称测试双面面密度为200±6 g/m2，烘干；并在相同的压实密度（1.85m2/g）下进行辊压成极片。下表为不同实施例中通过压敏胶带持粘性测试仪测试的锂离子电池负极极片的附着力比较。
表1为采用不同实施例中的负极浆料分别涂敷于正常铜箔和纳米多孔铜上制备的负极极片的附着力对比表格。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：步骤如下所述，
1) .采用模板法制备高孔隙率的纳米多孔铜电极材料然后涂覆极片上，纳米多孔铜电极材料的制备过程为在含有多聚磷酸盐的水溶液中加入用于制备金属纳米粒子的前驱体水溶液，在搅拌条件下，加入碱金属硼氢化物作为还原剂，反应一定时间制得纳米多孔铜；
2) .涂覆以石墨为主材料的浆料；
3) .烘干、并制备成锂离子电池负极极片。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述的多聚磷酸盐包括多聚磷酸钠、多聚磷酸钾、多聚磷酸铵的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述的多聚磷酸盐的浓度为50mmol/L-100mmol/L。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述的水溶性金属纳米粒子前驱体为氯化铜水溶液。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：
所述的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾中的一种。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：
所述浆料各组分占浆料固含量的质量比为导电剂：0.5%-5.5%，粘结剂：2%-8.5%，石墨：86%-96%，浆料的固含量为50%-80%。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯；浆料采用的溶剂为去离子水；导电剂为导电炭黑、KS系列石墨或碳纳米管。
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