CN114221018A - 一种石墨毡锂离子电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨毡锂离子电池的制备方法，涉及锂离子电池技术领域，对石墨毡先进行电解质化处理，再将其作为负极集流体基底，用搅拌好的负极浆料用喷枪喷入石墨毡的空隙内，再经过烘干，制成负极极片，将制备好的负极极片与传统工艺的正极极片进行电池组装，即制成石墨毡锂离子电池。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种石墨毡锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池是市场上常见的二次电池，主要应用范围在动力电池、储能电池、3C产品上。
锂离子电池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吗，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。
电池的电极材料如果过于致密会导致电解质比较难渗透，从而不能浸润电极，甚至有可能会导致部分活性材料不能发挥性能；通常我们做电极采用的电极基本上都是多孔电极，其孔隙率是一个重要的参数；如果没有孔那也就不能称其为多孔电极了，在电极上的电化学行为就会完全不同，处理数据的方法也不一样。
电极上的集流体，顾名思义就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔，其功用主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。
锂离子电池的集流体主要集中在铜箔和铝箔两大类，其中铜箔用于负极集流体，铝箔用于正极集流体，但金属箔类集流体属于实心结构，活性物质只能通过涂布的方式涂敷在其表面，活性物无法与集流体在三维层面接触，在电池充放电过程中，活性物随着锂离子的嵌入和脱出，极片不断的膨胀和收缩，导致活性物从箔类集流体上脱落，这就是锂离子电池逐渐失效的主要原因。
而碳毡在真空或惰性气氛下经2000℃以上高温处理后为石墨毡，含碳量比碳毡高，达99%以上，作为良好导体的石墨毡，则可以用于作为锂离子电池的电极集流体材料使用。
石墨毡因选用原毡的不同分为沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡三种，其中以日本吴羽化学为代表的沥青在保温行业为主流 ，欧美保温毡基本上都以粘胶剂为主，而中国国内则大多数以聚丙烯腈基为原料；工艺将聚丙烯腈基炭毡或黏胶基炭毡裁成所需尺寸，卷成筒状装入石墨材料做的容器内，将石墨容器置于高温炉内（高温炉为石墨管炉、中频、高频感应炉或其他加热形式的高温炉），用抽真空或通高纯惰性气体保护，以100～300℃/h的升温速率加热到2200～2500℃，再自然冷却至100℃即得。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种将石墨毡先进行电解质化处理后作为负极集流体基底、再用负极浆料喷附在基底上制成石墨毡集电体电极的石墨毡锂离子电池。
本发明提供的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，将石墨毡置于强氧化剂中浸泡8小时，使石墨毡表面充分被氧化，后用去离子水反复冲洗，晾干备用；
石墨毡电解质化步骤，将经过所述石墨毡官能团化步骤处理的石墨毡置于含25%高浓度的电解质盐的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐与石墨毡的官能团充分连接、或进入石墨毡的空隙中实现对石墨毡的电解化，然后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境中干燥后晾凉并取出备用；
负极极片制备步骤，将普通负极石墨浆料搅拌好并将粘度调节至1500~2000mpa.s，然后使用喷枪将调节好的负极石墨浆料喷入经过所述石墨毡电解质化步骤处理的石墨毡内形成负极极片，并将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干；
锂电池组装步骤，将预制好的正极极片与所述负极极片制备步骤处理好的负极极片组装成电池电极并注入电解液组装成锂电池。
进一步的，所述石墨毡官能团化步骤中，表面被氧化的石墨毡至少用去离子水冲洗3次，并且，将冲洗好的石墨毡置于室温下自然晾干。
优选地，所述锂电池组装步骤中，所述预制好的正极极片为预先涂敷有铝箔的正极极片。
更进一步的，所述正极极片为磷酸铁锂正极，三元正极，锰酸锂正极，钴酸锂正极中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明制备石墨毡锂离子电池，是对石墨毡先进行电解质化处理，再将其作为负极集流体基底，用搅拌好的负极浆料用喷枪喷入石墨毡的空隙内，再经过烘干，制成负极极片，将制备好的负极极片与传统工艺的正极极片进行电池组装，即可制成石墨毡锂离子电池。在将石墨毡用于负极集流体时，先对石墨毡进行电解质化处理，使其在组装成电池前就有额外的锂源，以提供SEI膜额外消耗的锂离子；且石墨毡属于有弹性的毡类材料，有很大程度的吸液能力，可以很大程度的减轻电解液的消耗；活性物通过喷枪喷入石墨毡空隙后，活性物与石墨毡彼此以三维层面接触，不会发生类似传统极片这种二维涂层的剥落现象，可延长电池的使用寿命。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
实施例1公开的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，先将石墨毡置于浓硫酸中浸泡8小时，使石墨毡表面充分被氧化，后用去离子水反复冲洗后晾干备用。
石墨毡电解质化步骤，将已官能团化的石墨毡置于含25%高浓度的六氟磷酸锂的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐充分与石墨毡的官能团连接，或进入石墨毡的空隙中，后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境干燥、晾凉、备用。
负极极片制备步骤，将已预先搅拌好的普通负极石墨浆料调节粘度至1500~2000mpa.s，并用喷枪将普通负极石墨浆料喷入经过石墨毡电解质化步骤处理过的石墨毡内形成负极极片，然后将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干。
电池的组装步骤，将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与负极极片制备步骤中制备的负极极片组装成电池电极并注如电解液组装成电池。
对实施例1的电池进行充放电测试。
实施例2
实施例2公开的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，先将石墨毡置于双氧水中浸泡8小时，使石墨毡表面充分被氧化，后用去离子水反复冲洗后晾干备用。
石墨毡电解质化步骤，将已官能团化的石墨毡置于含25%高浓度的LiBOB盐的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐充分与石墨毡的官能团连接，或进入石墨毡的空隙中，后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境干燥、晾凉、备用。
负极极片制备步骤，将已预先搅拌好的普通负极石墨浆料调节粘度至1500~2000mpa.s，并用喷枪将普通负极石墨浆料喷入经过石墨毡电解质化步骤处理过的石墨毡内形成负极极片，然后将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干。
电池的组装步骤，将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与负极极片制备步骤中制备的负极极片组装成电池电极并注如电解液组装成电池。
对实施例2的电池进行充放电测试。
实施例3
实施例3公开的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，先将石墨毡置于酸性高锰酸钾中浸泡8小时，使石墨毡表面充分被氧化，后用去离子水反复冲洗后晾干备用。
石墨毡电解质化步骤，将已官能团化的石墨毡置于含25%高浓度的LiBOB盐的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐充分与石墨毡的官能团连接，或进入石墨毡的空隙中，后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境干燥、晾凉、备用。
负极极片制备步骤，将已预先搅拌好的普通负极石墨浆料调节粘度至1500~2000mpa.s，并用喷枪将普通负极石墨浆料喷入经过石墨毡电解质化步骤处理过的石墨毡内形成负极极片，然后将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干。
电池的组装步骤，将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与负极极片制备步骤中制备的负极极片组装成电池电极并注如电解液组装成电池。
对实施例3的电池进行充放电测试。
实施例4
实施例4公开的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，先将石墨毡置于浓硝酸中浸泡8小时，使石墨毡表面充分被氧化，后用去离子水反复冲洗后晾干备用。
石墨毡电解质化步骤，将已官能团化的石墨毡置于含25%高浓度的六氟磷酸锂盐的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐充分与石墨毡的官能团连接，或进入石墨毡的空隙中，后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境干燥、晾凉、备用。
负极极片制备步骤，将已预先搅拌好的普通负极石墨浆料调节粘度至1500~2000mpa.s，并用喷枪将普通负极石墨浆料喷入经过石墨毡电解质化步骤处理过的石墨毡内形成负极极片，然后将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干。
电池的组装步骤，将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与负极极片制备步骤中制备的负极极片组装成电池电极并注如电解液组装成电池。
对实施例4的电池进行充放电测试。
对比例1
对石墨毡不经任何处理，直接用于负极极片制备。
将已搅拌好的普通负极石墨浆料调节粘度至1500-2000mpa.s，用喷枪将浆料喷入上述石墨毡内，形成负极极片，后将负极极片在90-100摄氏度的温度下烘干。
将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与上述负极极片组装成电池电极，并注如电解液制成电池。
对对比例1的电池进行充放电测试。
对比例2
负极极片直接采用传统的铜箔集流体，极片也采用传统的涂布机涂布的方式制备。
将事先制备好的用铝箔涂敷的正极钴酸锂极片与上述采用传统的铜箔集流体的负极极片组装成电池电极，并注如电解液制成电池。
对对比例2的电池进行充放电测试。
前述对实施例1-4以及对比例1和2的电池进行充放电测试的具体方法如下：
将以上所制备的所有锂电池进行循环充电和放电测试，当电池容量衰减至初始容量的80%时记录循环次数，测试结果参考下表1：
表1
即，从表1中可以看出，采用了本发明这种方法制备的锂电池，电池容量本身要高于常规技术方案，同时，其容量衰减到原始容量80%时所经历的充放电循环次数也远远高于常规技术方案，也就是说采用本方案制备的锂离子电池具有高容量的同时，其使用寿命和耐久性也有了质的提高。
Claims (4)
1.一种石墨毡锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
石墨毡官能团化步骤，将石墨毡置于强氧化剂中浸泡8小时，使石墨毡表面被氧化，后用去离子水反复冲洗，晾干备用；
石墨毡电解质化步骤，将经过所述石墨毡官能团化步骤处理的石墨毡置于含25%高浓度的电解质盐的锂离子电池的电解液中浸泡8小时，使电解质盐与石墨毡的官能团连接、或进入石墨毡的空隙中实现对石墨毡的电解化，然后将电解质化的石墨毡放置于60摄氏度的真空环境中干燥后晾凉并取出备用；
负极极片制备步骤，将普通负极石墨浆料搅拌好并将粘度调节至1500~2000mpa.s，然后使用喷枪将调节好的负极石墨浆料喷入经过所述石墨毡电解质化步骤处理的石墨毡内形成负极极片，并将负极极片在90~100摄氏度的温度下烘干；
锂电池组装步骤，将预制好的正极极片与所述负极极片制备步骤处理好的负极极片组装成电池电极并注入电解液组装成锂电池。
2.如权利要求1所述的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述石墨毡官能团化步骤中，表面被氧化的石墨毡至少用去离子水冲洗3次，并且，将冲洗好的石墨毡置于室温下自然晾干。
3.如权利要求1或2所述的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述锂电池组装步骤中，所述预制好的正极极片为预先涂敷有铝箔的正极极片。
4.如权利要求3所述的一种石墨毡锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述正极极片为磷酸铁锂正极，三元正极，锰酸锂正极，钴酸锂正极中的一种或多种。
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2021
- 2021-11-05 CN CN202111304961.8A patent/CN114221018B/zh active Active
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