CN112186185A - 一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括5‑10重量份的聚[3‑(4‑丁酸钾)噻吩]、5‑10重量份的聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇高分子聚合物和80‑100重量份的活性炭或者石墨烯；所述聚[3‑(4‑丁酸钾)噻吩]、聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇高分子聚合物和活性炭或者石墨烯混合均匀后涂覆在负极集流体上。在本发明中，聚[3‑(4‑丁酸钾)噻吩]与聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇高分子聚合物通过化学交联形成链，在铝箔上均质的PPBT‑3P交联网络有利于在整个电极上形成连续的电子导电桥，从而降低电极电阻，使得本发明的负极具有约175S/cm的相对较高的电导率。

Description

一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的负极，尤其涉及一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极及其制备方法。
背景技术
传统的锂离子电池的负极是由负极集流体和负极活性材料组成；负极集流体一般才采用铝箔，而负极活性材料一般采用粘合剂和活性炭一类的活性物质，粘合剂将活性炭粘合在铝箔上；粘合剂一般采用的是聚偏二氟乙烯(PVDF)，PVDF对溶剂、酸和碱的电化学稳定性使得其广泛的用于锂离子电池的粘合剂。由于PVDF是绝缘的，其限制了活性物质内部导电通路的形成，这就容易导致锂离子电池在工作的时候出现电化学不良的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括5-10重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩](PPBT)、5-10重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物(PEG-PPG-PEG，3P)和80-100重量份的活性炭或者石墨烯；所述聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]、聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物和活性炭或者石墨烯混合均匀后涂覆在负极集流体上。
上述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，优选的，所述负极集流体包括铝箔。
一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
1)将5-10重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]粉末和5-10重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物粉末融入到乙醇或者甲醇溶液中，并且混合均匀；
2)将80-100重量份的活性炭或者石墨烯均匀分散在步骤1)的混合溶液中，超声振动30分钟以上；
3)将步骤2)得到的浆料均匀的涂覆在铝箔上；
4)将铝箔放置在100-150摄氏度的温度下干燥至少12小时；得到负极。
上述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，优选的，在步骤3)之前对步骤2)的将料进行预处理，即将步骤2)得到的浆料在50-80摄氏度的真空烘箱中1-6小时去除溶剂。
上述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，优选的，步骤3)中，浆料在铝箔上涂覆的厚度为0.2-1mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]与聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物通过化学交联形成链，在铝箔上均质的PPBT-3P交联网络有利于在整个电极上形成连续的电子导电桥，从而降低电极电阻，使得本发明的负极具有约175S/cm的相对较高的电导率，这个电导率是采用PVDF粘合剂的电极电导率的5倍。同时，在本发明中，在活性炭或者石墨烯上形成了牢固的交联网络，这个PPBT-3P的交联网络能够给活性炭或者石墨烯提供牢固的粘合力，并增强了活性材料成分和集电器之间的电解质润湿吸收能力，从而提高负极的比电容。
附图说明
图1为实施例1中制备出来的负极的循环性能图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，包括铝箔和负极活性材料，负极活性材料包括5重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]、5重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物和90重量份的活性炭；所述聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]、聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物和活性炭混合均匀后涂覆在铝箔上。
本实施例还提供一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
1)将5重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]粉末和5重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物粉末融入到30重量份的甲醇溶液中，并且混合均匀；
2)将90重量份的活性炭均匀分散在步骤1)的混合溶液中，超声振动30分钟以上；
3)预处理，即将步骤2)得到的浆料在50-80摄氏度的真空烘箱中1-6小时去除部分溶剂，使得浆料涂覆在铝箔上后不会流动。
4)将步骤3)得到的浆料均匀的涂覆在铝箔上；涂覆的厚度为0.5mm。
5)将铝箔放置在120摄氏度的温度下干燥至少12小时；得到负极。
在本实施例中，在步骤5)加热的时候聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]上的羧基与聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物上的羟基发生酯化反应，这样就在铝箔上形成了交联网络。聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]是π共轭的具有丰富的羧酸基的聚噻吩，π共轭聚噻吩骨架PPBT可以在还原作用下，可以形成电子路径，为PPBT-3P网络提供高的电导率。同时在本实施例中，聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物上丰富的醚键，可以促进离子解离并改善离子对电极的有机电解质润湿能力，从而提高电极的比电容。
如图1所示，本实施例的制备出来的负极能够表现出173.5F/g的超高比电容；并且在5000次循环后，电容还能够保持在95.6％。由此可以看出本实施例制备出来的负极基友高比电容，并且循环性能好。作为对比，在本发明中，用PVDF作为粘合剂制作锂离子电池的负极，其他与实施例1相同。在进行测试的时候，用金属锂箔作为对电极，电解液采用TEABF4，充放电采用恒流的方式进行，充放电截止电压为0-4V，扫描速率为5mV/S。

Claims (5)

1.一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，其特征在于：包括负极集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括5-10重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]、5-10重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物和80-100重量份的活性炭或者石墨烯；所述聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]、聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物和活性炭或者石墨烯混合均匀后涂覆在负极集流体上。
2.根据权利要求1所述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极，其特征在于：所述负极集流体包括铝箔。
3.一种具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将5-10重量份的聚[3-(4-丁酸钾)噻吩]粉末和5-10重量份的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇高分子聚合物粉末融入到乙醇或者甲醇溶液中，并且混合均匀；
2)将80-100重量份的活性炭或者石墨烯均匀分散在步骤1)的混合溶液中，超声振动30分钟以上；
3)将步骤2)得到的浆料均匀的涂覆在铝箔上；
4)将铝箔放置在100-150摄氏度的温度下干燥至少12小时；得到负极。
4.根据权利要求3所述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：在步骤3)之前对步骤2)的将料进行预处理，即将步骤2)得到的浆料在50-80摄氏度的真空烘箱中1-6小时去除溶剂。
5.根据权利要求3所述的具有高比电容和循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：步骤3)中，浆料在铝箔上涂覆的厚度为0.2-1mm。
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