CN107863519A - 一种锂离子电池负极极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极极片，包括以下组分：总质量20%‑30%的高分子聚合物；总质量20%‑30%的导电炭；其余为负极活性材料。本发明还公开了一种锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：将高分子聚合物配制成溶液时浓度为0.5%‑2%的水溶液，与导电炭、负极活性材料混合，球磨，使导电炭、负极活性材料、高分子聚合物混合均匀；将步骤一球磨得到的浆料冻结，冷冻真空干燥，制成极片。本发明摆脱传统极片中集电体带来的重量负担，负极整体有效成分的含量更高；薄层结构数量多，厚度小。能让其中的有效成分能更有效地进行锂离子交换。

Description

一种锂离子电池负极极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是当今社会最重要的电能储备方法之一。负极是其中的重要组成部分。通常锂离子电池负极的制备方法为，将粘结剂将、导电剂和石墨等极片材料研磨成浆料。将配好的浆料涂覆在铜箔表面。浆料干燥后，切割成需要的性状即可使用。在此过程中，铜箔作为集电体同时为石墨等负极材料提供附着载体，浆料在干燥过程中在集电体表面形成薄层结构，薄层厚度还不能高，否则影响电池循环寿命。铜箔自身不与锂离子发生反应，但是自身占用了负极的大部分质量。使得电池单位质量的负极能储存的电能下降。而锂离子电池在社会生活中的应用却因为锂离子电池的质量过高而受到牵制，比如，电动汽车中，电池的重量能占到汽车整体重量的一半，要提高电动汽车的续航里程，提高电池电量，就得面对提高电池重量的一系列问题。
为了降低电池重量，除了研究更高效的储能材料同时，还可以通过电池自身的结构改造来实现。本发明可在更低尺度上建设薄膜结构，抛弃质量占比高的铜箔，使电池负极中有效成分成为负极质量的主要组成。在不改变电池工作原理的情况下，大幅降低负极质量，提高电池的储能数量。
发明内容
为了克服现有电极材料质量太重的问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池负极极片制备方法。本发明制备的电极材料薄层结构数量多，厚度小。能让其中的有效成分能更有效地进行锂离子交换。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子电池负极极片，其特征在于其原料组成是高分子材料、导电炭和能嵌锂的负极材料。高分子质量占比为20%-30%，导电炭的质量占比为20%-30%，余者为能嵌锂的负极材料有效成分。
本发明还提供了一种锂离子电池负极极片的制备方法，其制备过程为，将高分子材料制备成0.5-2%的溶液，将高分子溶液和导电炭、负极材料有效成分混合球磨15min，冷冻制成冰块后真空干燥，除去溶剂。裁剪成需要的形状即可作为负极使用。
所述高分子材料是羧甲基纤维素、海藻酸钠，能嵌锂的负极材料是石墨、硅粉等。
其原理是，利用溶剂将高分子材料解离成薄片，通过球磨将导电炭和有效成分均匀分散在高分子薄片之间，在冷冻干燥过程中，导电炭和负极有效成分在高分子薄片上沉降附着一层，形成纳米级厚度的薄层。导电炭为整个材料提供导电能力，有效成分在高分子薄片上沉降聚集时被导电炭围绕，但自身又能充分暴露，可使有效成分嵌锂脱锂反应过程中的效率更高。高分子材料提供了大量的薄片形状，为导电炭和有效负极材料提供了载体。整个材料是这种薄层的堆积体，堆积体中的大量空隙为电解液的渗入提供了足够空间。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1）摆脱传统极片中集电体带来的重量负担，负极整体有效成分的含量更高；
2）薄层结构数量多，厚度小。能让其中的有效成分能更有效地进行锂离子交换。
附图说明
图1为实施例1未附着导电炭和负极活性材料的高分子薄片的SEM照片；
图2为实施例1制备的海绵电极材料的SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
实施例1：
取浓度为1%羧甲基纤维素水溶液10g，导电炭0.1g和石墨0.3g，置于球磨机中球磨15min。将磨好的浆料分别倒入10个称量瓶中，在低温下冻结成冰块。在5Pa的低压下让冰块中的水分挥发。所得海绵状圆柱体即可作为极片使用。
用锂片作为对电极与制备的极片一起封装在2032型电池壳中，在电池测试系统中以50mA/g的电流密度进行循环性能测试，测试结果显示，极片的比容量为300mAh/g，但0.5g的极片可存储150mAh的电量。且充放电500次，容量不变。
图1为本实施例未添加导电碳和活性材料时的薄层结构，图1显示，薄层间具备足够的空间，可以让电解液有效填充。薄层结构可为导电碳和活性材料提供附着位置。
图2为本实施例制备的电极材料的SEM照片，图2显示，导电炭和负极有效成分在高分子薄片表面形成了一层纳米级厚度的吸附薄层。每个薄层由于导电碳的连续存在使得电流可以快速向负极集中，起到集流体的作用。活性物质在薄层上厚度小可充分与电解液接触发生嵌锂和脱附反应。整个负极由大量这类薄层结构构成，使得负极上负极有效成分总量很高的同时，减少或摒弃铜箔集流体的使用，相对传统极片单位质量的极片中能储存更多电能。
实施例2：
取浓度为2%海藻酸钠水溶液15g，导电炭0.3g和硅粉0.4g，置于球磨机中球磨15min。将磨好的浆料分别倒入10个称量瓶中，在低温下冻结成冰块。在5Pa的低压下让冰块中的水分挥发。所得海绵状圆柱体即可作为极片使用。
用锂片作为对电极与制备的极片一起封装在2032型电池壳中，在电池测试系统中以50mA/g的电流密度进行循环性能测试，测试结果显示，极片的比容量为1200mAh/g，且充放电100次后比容量依然维持在800 mAh/g以上。
实施例3：
取浓度为0.5%羧海藻酸钠水溶液20g，导电炭0.1g和石墨0.3g，置于球磨机中球磨15min。将磨好的浆料分别倒入10个称量瓶中，在低温下冻结成冰块。在5Pa的低压下让冰块中的水分挥发。所得海绵状圆柱体即可作为极片使用。
用锂片作为对电极与制备的极片一起封装在2032型电池壳中，在电池测试系统中以50mA/g的电流密度进行循环性能测试，测试结果显示，极片的比容量为300mAh/g，但0.5g的极片可存储150mAh的电量。且充放电500次，容量不变。

Claims (5)

1.一种锂离子电池负极极片，其特征在于，包括以下组分：总质量20%-30%的高分子聚合物；总质量20%-30%的导电炭；其余为负极活性材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极极片，其特征在于，所述高分子聚合物包括羧甲基纤维素、海藻酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极极片，其特征在于，所述负极活性材料包括石墨、硅粉。
4.一种权利要求1所述材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将高分子聚合物配制成浓度为0.5%-2%的水溶液，与导电炭、负极活性材料混合，球磨，使导电炭、负极活性材料、高分子聚合物混合均匀；
步骤二：将步骤一球磨得到的浆料冻结，冷冻真空干燥，制成极片。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述步骤1的球磨时间不少于15min。
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