CN109994737A - 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺 - Google Patents

一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN109994737A
CN109994737A CN201711479982.7A CN201711479982A CN109994737A CN 109994737 A CN109994737 A CN 109994737A CN 201711479982 A CN201711479982 A CN 201711479982A CN 109994737 A CN109994737 A CN 109994737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
layer
intermediate material
collector
material layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201711479982.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王爽
田东
韩飞
孙海明
周晚霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Jiu Chuang Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Jiu Chuang Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Jiu Chuang Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Jiu Chuang Technology Co Ltd
Priority to CN201711479982.7A priority Critical patent/CN109994737A/zh
Publication of CN109994737A publication Critical patent/CN109994737A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺，一种锂电池复合金属锂型负极片，包括导流层、集流体、中间物质层和金属锂层，其中，金属锂层附着在中间物质层上，集流体在中间物质层下，导流层附着在集流体的底面上；中间物质层按照质量份数由75～90份活性物质、5～20份导电剂和5～10份粘结剂，活性物质为多孔结构炭材质材料或可吸附炭材质材料；本发明的锂电池的负极片金属锂含量多、与活性物质之间结合力高、金属锂分布均匀，并通过物锂辊压的方法实现；极片厚度薄，其厚度为150um以内，同时保持了锂电池负极片的电学性能，综合性能极佳。

Description

一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺。
背景技术
相比于目前商业应用于锂离子电池中的石墨负极，锂金属负极锂论上可以提供更多的容量(3860mAh/g，石墨负极；370mAh/g)，锂金属负极有望在下一代便携式电子设备以及电动汽车等领域实现较大的应用。以金属锂为负极的锂硫电池和锂空电池逐渐受到研究人的关注，成为近年来学术和产业界研究的热点。
但是，锂金属负极的研究还存在许多问题，其中最重要的一个便是枝晶的生长。枝晶是由于锂离子负极多次沉积/析出过程中，负极出现的树枝状的锂沉积物。枝晶生长会带来两个方面的问题；(1)枝晶会刺穿隔膜导致电池短路，正负极内部的短路电流在电池内部生热，造成电池系统热失控，进而引发电池着火甚至爆炸等一系列安全问题；(2)枝晶会增加电解液与金属锂的副反应，消耗锂活性物质，降低电池利用率。脱离集流体的锂枝晶即为死锂，死锂的出现会减少可利用的活性物质，降低电池的效率和循环寿命。同时传统锂电池负极片的厚度为200mm左右，厚度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂电池复合金属锂型负极片，包括导流层、集流体、中间物质层和金属锂层，其中，金属锂层附着在中间物质层上，集流体在中间物质层下，导流层附着在集流体的底面上；中间物质层按照质量份数由75～90份活性物质、5～20份导电剂和5～10份粘结剂，活性物质为多孔结构炭材质材料或可吸附炭材质材料。
一种锂电池复合金属锂型负极片的制造工艺，具体按照以下步骤进行；
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层；利用与真空镀铝膜紧密贴合的碳纳米管层具有的离子/分子不通透性以及碳纳米管的高强高导电性，可以有效阻止阳极极化产生的Al3+和电解液中的阴离子、溶剂分子等配位络合，显著提高负极片的抗电化学腐蚀性，而且采用真空镀铝膜的方式其含铝层更均匀，表面更平整。
二、按照质量份数将75～90份活性物质、5～10份导电剂和5～10份粘结剂混合，放入有机溶剂中，持续搅拌12u～24h，形成中间物质层浆料；
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的表面，控制涂覆厚度为50～150um，在温度为80～120℃条件下烘干表面，再控制温度为80～120℃真空干燥12～24h，然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为30～100um，得到涂覆中间物质层的集流体基片；
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为5～30um的锂带；
五、将步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行辊压，得到一种锂电池负极片。
本发明的锂电池的负极片金属锂含量多、与活性物质之间结合力高、金属锂分布均匀，并通过物锂辊压的方法实现。本方法更加安全，更加省时简单，同时金属锂层与中间物质层的结合力非常好，实现了锂金属的均匀分布；利用与真空镀铝膜紧密贴合的碳纳米管层具有的离子/分子不通透性以及碳纳米管的高强高导电性，可以有效阻止阳极极化产生的Al3+和电解液中的阴离子、溶剂分子等配位络合，显著提高负极片的抗电化学腐蚀性；并且本发明锂电池负极片厚度薄，其厚度为150um以内，同时保持了锂电池负极片的电学性能，综合性能极佳。
附图说明
图1为本发明一种锂电池复合金属锂型负极片的结构示意图。
图中：1-集流体，2-中间物质层，3-金属锂片，4-导流层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，具体实施方式一；本实施方式一种锂电池负极片包括导流层、集流体、中间物质层和金属锂层，其中，金属锂层附着在中间物质层上，集流体在中间物质层下，导流层附着在集流体的底面上；中间物质层按照质量份数由75～90份活性物质、5～20份导电剂和5～10份粘结剂，活性物质为多孔结构炭材质材料或可吸附炭材质材料。
具体实施方式二，本实施方式与具体实施方式一不同的是；
金属锂层的厚度为1um～30um，质地致密均匀。其它与具体实施方式一相同。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三；本实施方式与具体实施方式一或二不同的是；炭材质材料为石墨、硬碳、软碳和硅碳中的一种或多种按任意比的混合。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四；本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是；中间物质层厚度为30～10um，压实密度为1.3～1.8g/cm3。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五；本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是；导电剂为导电碳黑super-p，粘结剂为聚偏二氟乙烯。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六；本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是；集流体材料为铜或铝，厚度为6～20um。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七；具体实施方式一所述的一种锂电池负极片的制备方法，具体按照以下步骤进行；
一种锂电池复合金属锂型负极片的制造工艺，具体按照以下步骤进行；
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层；利用与真空镀铝膜紧密贴合的碳纳米管层具有的离子/分子不通透性以及碳纳米管的高强高导电性，可以有效阻止阳极极化产生的Al3+和电解液中的阴离子、溶剂分子等配位络合，显著提高负极片的抗电化学腐蚀性。
二、按照质量份数将75～90份活性物质、5～10份导电剂和5～10份粘结剂混合，放入有机溶剂中，持续搅拌12u～24h，形成中间物质层浆料；
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的表面，控制涂覆厚度为50～150um，在温度为80～120℃条件下烘干表面，再控制温度为80～120℃真空干燥12～24h，然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为30～100um，得到涂覆中间物质层的集流体基片；
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为5～30um的锂带；
五、将步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行辊压，得到一种锂电池负极片。
具体实施方式八；本实施方式与具体实施方式七不同的是；步骤一中活性物质为多孔结构炭材质材料或可吸附炭材质材料；导电剂为导电碳黑super-p，粘结剂为聚偏二氟乙烯,有机溶剂为N一甲基毗咯烷酮。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九；本实施方式与具体实施方式七或八不同的是；炭材质材料为石墨、硬碳、软碳和硅碳中的一种或多种按任意比的混合。其它与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十；本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是,步骤二中集流体材料为铜，厚度为6～20um。其它与具体实施方式七至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果；
实施例一；
本实施例一种锂电池负极片的制备方法，具体按照以下步骤进行；
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层。
二、按照质量份数将90份石墨、5份导电碳黑super-p和5份聚偏二氟乙烯混合，放
入有机溶剂N一甲基毗咯烷酮中，持续搅拌12h，形成中间物质层浆料。
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的上表面，控制涂覆厚度为150um，在温度为80℃条件下烘干表面，再控制温度为120℃真空干燥12h,然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为90um，得到涂覆中间物质层的集流体基片；其中集流体为铜，厚度为6um；
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为51um的锂带；
五、将步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行
辊压，得到一种锂电池负极片。
实施例二；
本实施例一种锂电池负极片的制备方法，具体按照以下步骤进行；
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层
二、按照质量份数将90份石墨、5份导电碳黑super-p和5份聚偏二氟乙烯混合，放
入有机溶剂N一甲基毗咯烷酮中，持续搅拌12h，形成中间物质层浆料；
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的表面，控制涂覆厚度为100um，在温度为80℃条件下烘干表面，再控制温度为120℃真空干燥12h,
然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为60um，得到涂覆中间物质层的集流体基片；其中集流体为铜，厚度为81um ；
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为10um的锂带；
五、习守步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行
辊压，得到一种锂电池负极片。
实施例三；
本实施例一种锂电池负极片的制备方法，具体按照以下步骤进行；
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层
二、按照质量份数将90份石墨、5份导电碳黑super-p和5份聚偏二氟乙烯混合，放入有机溶剂N一甲基毗咯烷酮中，持续搅拌12h，形成中间物质层浆料；
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的表面，
控制涂覆厚度为150um，在温度为80℃条件下烘干表面，再控制温度为120℃真空干燥12h,
然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为40um，得到涂覆中间物质层的集流体基片；其中集流体为铜，厚度为81um。
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为30um的锂带；
五、将步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行辊压，得到一种锂电池负极片。上述实施例制备的锂电池负极片保持了锂电池负极片的电学性能，循环100周容量衰减低于0.75%。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种锂电池复合金属锂型负极片，其特征在于，包括导流层、集流体、中间物质层和金属锂层，其中，金属锂层附着在中间物质层上，集流体在中间物质层下，导流层附着在集流体的底面上；中间物质层按照质量份数由75～90份活性物质、5～20份导电剂和5～10份粘结剂，活性物质为多孔结构炭材质材料或可吸附炭材质材料。
2.一种锂电池复合金属锂型负极片的制造工艺，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
一、采用真空镀铝工艺将集流体的底面镀上6～10um厚的铝基膜,待铝基膜在-3～2℃静置24H后通过等离子体化学气相沉积法在铝基膜的表面生长0.5～2um厚度的碳纳米管层；铝基膜与碳纳米管层相结合形成导流层；利用与真空镀铝膜紧密贴合的碳纳米管层具有的离子/分子不通透性以及碳纳米管的高强高导电性，可以有效阻止阳极极化产生的Al3+和电解液中的阴离子、溶剂分子等配位络合，显著提高负极片的抗电化学腐蚀性
二、按照质量份数将75～0份活性物质、5～0份导电剂和5～10份粘结剂混合，放入有机溶剂中，持续搅拌12u～24h，形成中间物质层浆料；
三、采用涂覆烘干一体机将步骤一得到的中间物质层浆料涂覆到集流体的表面，控制涂覆厚度为50～150um，在温度为80～120℃条件下烘干表面，再控制温度为80～120℃真空干燥12～24h，然后进行辊压，将中间物质层压至厚度为30～100um，得到涂覆中间物质层的集流体基；
四、将锂锭进行辊压，压制得到厚度为1～30um的锂带；
五、将步骤三得到的锂带压制在步骤三得到集流体基片的中间物质层一侧，进行辊压，
得到一种锂电池负极片。
CN201711479982.7A 2017-12-29 2017-12-29 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺 Withdrawn CN109994737A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711479982.7A CN109994737A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711479982.7A CN109994737A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109994737A true CN109994737A (zh) 2019-07-09

Family

ID=67108992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711479982.7A Withdrawn CN109994737A (zh) 2017-12-29 2017-12-29 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109994737A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110465442A (zh) * 2019-09-12 2019-11-19 邹娥贞 一种用于锂电池生产制作用的涂布作业系统
CN111864186A (zh) * 2020-08-27 2020-10-30 中南大学 三维多孔金属锂阳极的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110465442A (zh) * 2019-09-12 2019-11-19 邹娥贞 一种用于锂电池生产制作用的涂布作业系统
CN111864186A (zh) * 2020-08-27 2020-10-30 中南大学 三维多孔金属锂阳极的制备方法
CN111864186B (zh) * 2020-08-27 2021-09-21 中南大学 三维多孔金属锂阳极的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109873122B (zh) 一种超薄金属锂复合体及其制备方法和用途
CN108376783B (zh) 一种锂阳极表面保护涂层及其制备方法
CN105470450A (zh) 一种锂离子动力电池硅负极极片及其制备方法
CN109888266A (zh) 一种硅基负极片及其制备方法和锂离子电池
CN111162309B (zh) 一种固态电解质-正极复合材料及其制备和应用方法
CN111244409A (zh) 一种固态电解质-正极复合材料及其制备和应用
CN108270005B (zh) 磷酸铁锂复合正极极片及其制备方法
CN106784752A (zh) 锂离子电池多孔结构Si/Cu复合电极及其制造方法
CN114220947B (zh) 一种锂金属电池负极、集流体及其制备方法和电池
CN114122332A (zh) 一种利用MOFs衍生物制备三维金属锂负极的方法
CN108448115A (zh) 一种锂金属电池负极的不对称骨架结构
CN107403907A (zh) 一种锂电池负极片及其制备方法
CN109994737A (zh) 一种锂电池复合金属锂型负极片及其制造工艺
CN114050308A (zh) 一种无负极锂电池结构及无负极锂电池的制备方法
CN108987673B (zh) 一种含导电保护薄膜的锂负极及其制备方法和应用
CN115050920B (zh) 一种锑基一体化电极及其制备方法和应用
CN113964381B (zh) 一种非对称凝胶态电解质及其制备方法和应用
CN107425184A (zh) 一种硅‑多孔碳电极材料及其制备方法和应用
CN108288714B (zh) 一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极
CN108269969A (zh) 复合正极材料、其制备方法以及具有该复合正极材料的正极与电池
CN112038699A (zh) 一种提高磷酸铁锂电池电解液稳定性的方法及该电池的制作方法
CN107749481A (zh) 硅银碳三元复合材料的制备方法
CN112467106B (zh) 一种石墨烯薄膜/硅复合材料的制备方法及其应用
CN117995994A (zh) 一种无负极锂金属电池负极集流体及制备方法与应用
CN116404129A (zh) 一种复合可膨胀石墨锂电池负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190709

WW01 Invention patent application withdrawn after publication