CN110808356A - 一种锂离子电池极片的制备方法及锂离子电池极片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池极片及其制备方法,具体是在集流体表面涂覆氧化石墨烯(GO)涂层,在锂离子电池浆料中加入含氧官能团材料,将准备好的浆料涂覆到含有GO涂覆层的集流体上,完成本发明的极片制备。本发明通过GO涂层和含氧官能团材料极片之间的π‑π结合作用,改性极片材料层与集流体层界面从而促成材料层与集流体之间的粘结作用,有效克服了极片材料在充放电过程中脱落集流体的问题,大大提高了锂离子电池的电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种锂离子电池极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池主要依靠锂离子在正极或负极材料的镶嵌或脱嵌来进行工作。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。活性材料随着充放电循环的进行,会发生膨胀/收缩过程,电极材料层与集流体界面接触松动,导致材料从集流体层脱落,造成锂离子电池容量衰减,并最终导致锂离子电池循环降低。
中国发明专利申请(申请公布号:CN108511685A,申请公布日:2018-09-07)公开了一种含有导电涂层的锂离子电池负极片及其制备方法;该负极片包括铜箔集流体、导电涂层和负极活性物质层,负极活性物质层由负极浆料固化而成,负极浆料包括以下物质:93~95份的石墨,1.5~2.5份的导电炭黑SP,1~2份的羧甲基纤维素钠,2~3份的丁苯橡胶,130~150份的去离子水;导电涂层由导电浆料固化而成,导电浆料包括以下物质:复合碳源10~95份,粘结剂5~50份,分散剂5~40份,有机溶剂450~550份。本发明通过在集流体上涂覆一层特殊的导电浆料,其比表面积大,阻抗小,可大幅提高极片粘结力,增强导电性,并减少粘结剂和导电剂添加量,提高电池的能量密度。然而该申请的设计导电涂层成分复杂,且粘结效果还有待提高。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,本发明提供了一种锂离子电池极片及其制备方法。
本发明提出如下技术方案:
在集流体表面涂覆氧化石墨烯(GO)涂层,在锂离子电池浆料中加入含氧官能团材料,将准备好的浆料涂覆到含有GO涂覆层的集流体上,完成本发明的极片制备。
优选的,上述方法中,所述集流体包含铜箔集流体或铝箔集流体;
优选的,上述方法中,所述铜箔集流体或铝箔集流体均不处理或均经过处理;
优选的,上述方法中,经过处理的铜箔集流体包含多孔铜箔,涂炭铜箔或聚合物导电材料层铜箔;经过处理的铝箔集流体包含多孔铝箔,涂炭铝箔或聚合物导电材料层铝箔。
优选的,上述方法中,所述GO制备方法包含Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法以及通过以上方法衍生、改良得到的方法;
优选的,上述方法中,所述GO涂层涂覆前为一定浓度的溶液,浓度范围为0.1-10mgmL-1。
所述GO溶液的溶剂包含水,乙醇,乙二醇,异丙醇,丙酮,四氢呋喃,氨水一种,或两种以上的结合;涂覆后要经过烘干固化处理。
优选的,上述方法中,所述GO涂层厚度为1nm-200μm;
优选的,上述方法中,所述GO涂层涂覆办法为旋涂、刮涂、喷涂、滴涂、辊涂、帘涂、浸涂、刷涂、淋涂、浇涂、喷墨打印中的一种,或两种以上的结合;
优选的,上述方法中,含氧官能团包括羟基(–OH),羧基(–COOH);羰基(C=O),甲氧基(–OCH3),氧醚,醚键,醛基,酮基,羰基,酯基,硝基一种或几种组合;
优选的,上述方法中,含氧官能团材料包含氧化石墨烯(GO),碳纳米管,碳纳米纤维,石墨烯、氧化石墨烯、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚乙烯醇中的一种或者几种结合。
一种锂电池极片,其特征在于,由上述的方法制备而成。
本发明通过GO涂层和含氧官能团材料极片之间的π-π结合作用,改性极片材料层与集流体层界面从而促成材料层与集流体之间的粘结作用,有效克服了极片材料在充放电过程中脱落集流体的问题,大大提高了锂离子电池的电化学性能。
附图说明
图1是实施例1锂离子电池极片及其制备方法示意图;
图2为对实施例2和对比例2进行CC充放电试验的相关性能测试图;
图3为对实施例3和对比例3进行CC充放电试验的相关性能测试图;
图4为对实施例1、3,对比例1、3进行剥离强度试验的试验结果图。
图中,1:锂离子电池浆料;2:碳纳米管(CNT);3:锂离子电池浆料层;4:氧化石墨烯(GO)涂层;5:铜箔。。
具体实施方式
下面结合实施例,更具体地说明本发明的内容。应当理解,本发明的保护范围并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通或改变都落入本发明保护范围;且下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。
如图1所示,本发明实施例提供的一种锂电池电极片的制备方法,首先,在集流体表面涂覆GO涂层4;在制备的锂离子电池浆料1中加入含氧官能团材料(如碳纳米管2);然后再将准备好的锂离子电池浆料1涂覆到含有GO涂覆层4的集流体上(如铜箔5或铝箔),形成锂离子电池浆料层3。
实施例1
(1)制备浓度为2mg mL-1的氧化石墨溶液,并通过喷涂涂覆在普通铜箔上涂层厚度设计为1μm。
(2)将420mAh/g的硅碳材料、SP、CNT、CMC、SBR按照94:1:0.5:2.5:3的质量比进行匀浆,完成后在铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为100μm。
(3)测试极片的剥离强度。
对比例1
(1)将420mAh/g的硅碳材料、SP、CNT、CMC、SBR按照94:1:0.5:2.5:3的质量比进行匀浆,完成后在铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为100μm。
(2)测试极片的剥离强度。
实施例2
(1)制备浓度为1.5mg mL-1的氧化石墨溶液,并通过淋涂涂覆在涂炭铜箔上涂层厚度设计为3μm。
(2)将600mAh/g的硅碳材料、SP、VGCF、CMC、SBR按照94:1:0.5:2.5:3的质量比进行匀浆,完成后在铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为150μm。
(3)将硅碳负极极片分别与隔膜、锂片组装成扣试电池测试,以0.2C对实施例进行CC充放电,记录相关性能测试。(见图2中位于上方的线)
对比例2
(2)将实施例2中相同600mAh/g的硅碳材料、SP、VGCF、CMC、SBR按照94:1:0.5:2.5:3的质量比进行匀浆,完成后在涂炭铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为150μm。
(3)将硅碳负极极片分别与隔膜、锂片组装成扣试电池测试,以0.2C对实施例进行CC充放电,记录相关性能测试。(见图2中位于下方的线)
实施例3
(1)制备浓度为1mg mL-1的氧化石墨溶液,并通过喷涂涂覆在多孔铜箔上涂层厚度设计为2μm。
(2)将450mAh/g的硅碳材料、SP、CNT、CMC、SBR按照96:1:0.5:1.5:1的质量比进行匀浆,完成后在铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为200μm。
(3)将硅碳负极极片分别与隔膜、正极极片通过卷绕方式组装成电芯,之后经过注液,封装、静置、化成、老化等工序,完成相应的锂离子电池组装。
(4)在35℃环境下,以1C对实施例进行充放电,恒流恒压充电电压至4.2V,恒流放电电压至2.75V,记录相关测试性能并在设定测试循环后取出电极片,测试极片的剥离强度。
对比例3
(1)将450mAh/g的硅碳材料、SP、CNT、CMC、SBR按照96:1:0.5:1.5:1的质量比进行匀浆,完成后在铜箔上涂布,制成硅碳负极极片,极片的厚度为200μm。
(2)将硅碳负极极片分别与隔膜、正极极片通过卷绕方式组装成电芯,之后经过注液,封装、静置、化成、老化等工序,完成相应的锂离子电池组装。
(3)在35℃环境下,以1C对实施例进行充放电,恒流恒压充电电压至4.2V,恒流放电电压至2.75V,记录相关测试性能并在设定测试循环后取出电极片,测试极片的剥离强度。
测试结果
图2中纵坐标是比容量,横坐标是电池的循环数,通过实施例2和对比例2的对比可以发现,随着循环数的增加,本发明实施例2提供的电极片的比容量没有明显下降(即图2上面的线),而对比例2的电极片比容量则断崖式下跌(即图2下面的线)即本发明的方法能够提高材料电池的循环稳定性。
图3纵坐标是容量,横坐标是电池的循环数,通过实施例3和对比例3的对比可以发现,随着循环数的增加,全电池的容量没有明显下降,即本发明能够提高材料全电池的循环稳定性。
图4说明通过本发明的方法能够提高极片的剥离强度及极片的稳定性。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离该发明构思的前提下,所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种锂离子电池极片的制备方法,其特征在于:在集流体表面涂覆GO涂层;在制备的锂离子电池浆料中加入含氧官能团材料;然后再将准备好的锂离子电池浆料涂覆到含有GO涂覆层的集流体上。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述集流体包含铜箔集流体或铝箔集流体。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述铜箔集流体或铝箔集流体经过处理。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:经过处理的铜箔集流体包含多孔铜箔,涂炭铜箔或聚合物导电材料层铜箔;经过处理的铝箔集流体包含多孔铝箔,涂炭铝箔或聚合物导电材料层铝箔。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述GO制备方法包含Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法以及通过以上方法衍生、改良得到的方法。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述GO涂层涂覆前为一定浓度的溶液,浓度范围为0.1-10mg mL-1。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述GO涂层厚度为1nm-200μm。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述GO涂层涂覆方法为旋涂、刮涂、喷涂、滴涂、辊涂、帘涂、浸涂、刷涂、淋涂、浇涂、喷墨打印中的一种,或两种以上的结合。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:含氧官能团包括羟基(–OH),羧基(–COOH);羰基(C=O),甲氧基(–OCH3),氧醚,醚键,醛基,酮基,羰基,酯基,硝基中的一种或几种组合。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述含氧官能团材料包含氧化石墨烯(GO),碳纳米管,碳纳米纤维,石墨烯、氧化石墨烯、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚乙烯醇中的一种或者几种结合。
11.一种锂电池极片,其特征在于,由权利要求1-10任一所述的方法制备而成。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |