CN114335429A - 一种锂电池负极及其制备方法、锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂电池负极及其制备方法、锂电池，其中，制备方法包括步骤：提供碳化锂颗粒；将所述碳化锂颗粒与石墨烯混合在粘结剂溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆锂电池负极材料，制得所述锂电池负极。本发明通过在金属薄片和锂电池负极材料之间设置一层涂层，所述涂层中包括碳化锂颗粒和石墨烯，相当于预存了部分锂离子在负极。所述锂电池负极在充电的过程中，由于有大量电子产生，这使得涂层中的碳化锂容易分裂成碳和锂离子，从而可以有效补充由于结晶而损失的部分锂离子，从而使锂离子电池能保持更长时间的高电量水平。
Description
技术领域
本发明涉及电池电极技术领域，尤其涉及一种锂电池负极及其制备方法、锂电池。
技术背景
在制备电池产品的两电极时，一般都是用极性材料涂覆在金属薄片上，用粘结剂将它们粘结在一起，然后用导线连接金属薄片制作出电池的两电极。而为了增加电极的导电性能，在将极性材料涂覆在金属薄片上之前，都会在金属薄片上预涂一层导电能力比较强、颗粒比电极材料小很多的一种导电材料，形成预涂层。
但是锂电池在长期使用的过程中会遇到电池电量衰减的问题，这通常是由于锂离子在往返于正负极之间的过程中形成锂晶体，使得往返于正负极之间的锂离子在使用一段时间后逐渐减少，从而导致电池电量衰减速度较快。
作为举例，比如磷酸铁锂电池，它的正负极反应方程式如下：
正极反应：
负极反应：
一旦锂电池里面的锂形成晶体，就会造成在电池中循环的锂离子越来越少，最后造成电量降低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂电池负极及其制备方法、锂电池，旨在解决现有锂电池电量衰减较快的问题。
本发明的技术方案如下：
一种锂电池负极的制备方法，其中，包括步骤：
提供碳化锂颗粒；
将所述碳化锂颗粒与石墨烯混合在粘结剂溶液中，得到混合溶液；
将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；
在所述涂层上涂覆锂电池负极材料，制得所述锂电池负极。
锂电池负极的制备方法，其中，所述碳化锂颗粒与石墨烯的质量比为1:99-3:7。
所述锂电池负极的制备方法，其中，所述粘结剂溶液为丙烯酸树脂水溶液。
所述锂电池负极的制备方法，其中，所述锂电池负极材料为金属锂或锂合金。
所述锂电池负极的制备方法，其中，所述碳化锂颗粒由石墨烯和锂发生反应制得。
一种锂电池负极，其中，包括金属薄片、涂覆在所述金属薄片上的涂层、涂覆在所述涂层上的锂电池负极材料，所述涂层的材料包括碳化锂颗粒、石墨烯以及粘结剂溶液。
一种锂电池，包括正极、负极和设置于所述正极和负极之间的隔膜，其特征在于，所述负极为本发明所述锂电池负极的制备方法制得的锂电池负极。
所述的锂电池，其中，所述正极包括LiCoO2、LiFePO4、镍钴铝三元正极材料、镍钴锰三元正极材料中的至少一种。
有益效果：本发明提供了一种锂电池负极的制备方法，通过在金属薄片和锂电池负极材料之间设置一层涂层，所述涂层中包括碳化锂颗粒和石墨烯，相当于预存了部分锂离子在负极。所述锂电池负极在充电的过程中，由于有大量电子产生，这使得涂层中的碳化锂容易分裂成碳和锂离子，从而可以有效补充由于结晶而损失的部分锂离子，从而使锂离子电池能保持更长时间的高电量水平。
附图说明
图1为本发明一种锂电池负极及其制备方法流程图。
图2为现有技术中未设置的预涂层的电池负极结构示意图。
图3为在金属薄片和负极材料之间设置有预涂层的电池负极结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种锂电池负极及其制备方法、锂电池，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
最开始的锂电池负极是直接在金属薄片上涂覆负极材料制得，如图1所示，这种锂电池负极由于负极材料颗粒较粗，这使得其和金属薄片的接触点较少，从而导致锂电池充放电时间较长；且为了解决锂电池充放电时间较长的问题，可在将极性材料涂覆在金属薄片上之前，在金属薄片上预涂一层导电能力比较强、颗粒比电极材料小很多的一种导电颗粒，形成预涂层，如图2所示，所述预涂层中的小分子导电颗粒可以增加电极材料和金属薄片的接触点，从而使充放电速度有效提升。然而现有锂电池在长期使用的过程中会遇到电池电量衰减的问题，这通常是由于锂离子在往返于正负极之间的过程中形成锂晶体，使得往返于正负极之间的锂离子在使用一段时间后逐渐减少，从而导致电池电量衰减速度较快。
基于此，本发明提供了一种锂电池负极的制备方法，如图3所示，其包括步骤：
S10、提供碳化锂颗粒；
S20、将所述碳化锂颗粒与石墨烯混合在粘结剂溶液中，得到混合溶液；
S30、将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；
S40、在所述涂层上涂覆锂电池负极材料，制得所述锂电池负极。
在本发明中，通过在金属薄片和锂电池负极材料之间设置一层涂层，所述涂层中包括碳化锂颗粒和石墨烯，相当于预存了部分锂离子在负极。所述锂电池负极在充电的过程中，由于有大量电子产生，这使得涂层中的碳化锂容易分裂成碳和锂离子，从而可以有效补充由于结晶而损失的部分锂离子，从而使锂离子电池能保持更长时间的高电量水平。
在一些实施方式中，所述碳化锂颗粒与石墨烯的质量比为1:99-3:7。在本实施例中，若所述碳化锂颗粒与石墨烯的质量比过低(小于1:99)，则碳化锂颗粒可以提供的锂离子较少，难以使锂离子电池保持更长时间的高点量水平；若所述碳化锂颗粒与所述石墨烯的质量比过高(高于3:7)，则会因为碳化锂颗粒相对石墨烯较差的导电性，导致锂电池出现充放电时间较长的问题。
在一些实施方式中，所述粘结剂溶液为丙烯酸树脂水溶液，但不限于此。
在一些实施方式中，所述锂电池负极材料为金属锂或锂合金，但不限于此。
在一些实施方式中，所述碳化锂颗粒由石墨烯和锂发生反应制得。
在一些实施方式中，还提供一种锂电池负极，其包括金属薄片、涂覆在所述金属薄片上的涂层、涂覆在所述涂层上的锂电池负极材料，所述涂层的材料包括碳化锂颗粒、石墨烯以及粘结剂溶液。
在本发明中，通过在金属薄片和锂电池负极材料之间设置一层涂层，所述涂层中包括碳化锂颗粒和石墨烯，相当于预存了部分锂离子在负极。所述锂电池负极在充电的过程中，由于有大量电子产生，这使得涂层中的碳化锂容易分裂成碳和锂离子，从而可以有效补充由于结晶而损失的部分锂离子，从而使锂离子电池能保持更长时间的高电量水平。
在一些实施方式中，还提供一种锂电池，包括正极、负极和设置于所述正极和负极之间的隔膜，其中，所述负极为本发明所述锂电池负极的制备方法制得的锂电池负极。
在一些实施方式中，所述正极包括LiCoO2、LiFePO4、镍钴铝三元正极材料、镍钴锰三元正极材料中的至少一种，但不限于此。
下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明：
实施例1
一种锂离子电池的制备：
将所述碳化锂颗粒与石墨烯按照质量比1:99混合在丙烯酸树脂水溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆金属锂，制得锂电池负极；
将所述锂电池负极和正极LiCoO2设置在隔膜左右两侧，并加入以1M的LiPF6的EC/DEC溶液为电解液，装配成CR2032型号的扣式电池。
实施例2
一种锂离子电池的制备
将所述碳化锂颗粒与石墨烯按照质量比20:99混合在丙烯酸树脂水溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆金属锂，制得锂电池负极；
将所述锂电池负极和正极LiCoO2设置在隔膜左右两侧，并加入以1M的LiPF6的EC/DEC溶液为电解液，装配成CR2032型号的扣式电池。
实施例3
一种锂离子电池的制备
将所述碳化锂颗粒与石墨烯按照质量比30:99混合在丙烯酸树脂水溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆金属锂，制得锂电池负极；
将所述锂电池负极和正极LiCoO2设置在隔膜左右两侧，并加入以1M的LiPF6的EC/DEC溶液为电解液，装配成CR2032型号的扣式电池。
实施例4
一种锂离子电池的制备
将所述碳化锂颗粒与石墨烯按照质量比3:7混合在丙烯酸树脂水溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆金属锂，制得锂电池负极；
将所述锂电池负极和正极LiCoO2设置在隔膜左右两侧，并加入以1M的LiPF6的EC/DEC溶液为电解液，装配成CR2032型号的扣式电池。
对比例1
一种锂离子电池的制备
将石墨烯混合在丙烯酸树脂水溶液中，得到混合溶液；将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；在所述涂层上涂覆金属锂，制得锂电池负极；
将所述锂电池负极和正极LiCoO2设置在隔膜左右两侧，并加入以1M的LiPF6的EC/DEC溶液为电解液，装配成CR2032型号的扣式电池。
对实施例1-4以及对比例1制得的锂离子电池进行循环性能测试，循环测试条件为：用2C电流充电直充至电压为4.45V，截止电流0.05C；容量保持率＝所在循环周次的容量除以初始满电0.2C放电的容量，测试结果如表1所示(表中的T表示循环周次)。
表1测试结果
从表1可以看出，在锂电池负极的涂层中加入碳化锂颗粒后，碳化锂分裂后的锂离子可以有效补充由于结晶而损失的部分锂离子，从而使锂离子电池能保持更长时间的高电量水平。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种锂电池负极的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供碳化锂颗粒；
将所述碳化锂颗粒与石墨烯混合在粘结剂溶液中，得到混合溶液；
将所述混合溶液涂覆在金属薄片上，形成涂层；
在所述涂层上涂覆锂电池负极材料，制得所述锂电池负极。
2.根据权利要求1锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述碳化锂颗粒与石墨烯的质量比为1:99-3:7。
3.根据权利要求1所述锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液为丙烯酸树脂水溶液。
4.根据权利要求1所述锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述锂电池负极材料为金属锂或锂合金。
5.根据权利要求1所述锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述碳化锂颗粒由石墨烯和锂发生反应制得。
6.一种锂电池负极，其特征在于，包括金属薄片、涂覆在所述金属薄片上的涂层、涂覆在所述涂层上的锂电池负极材料，所述涂层的材料包括碳化锂颗粒、石墨烯以及粘结剂溶液。
7.一种锂电池，包括正极、负极和设置于所述正极和负极之间的隔膜，其特征在于，所述负极为权利要求1-5任一所述锂电池负极的制备方法制得的锂电池负极。
8.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述正极包括LiCoO2、LiFePO4、镍钴铝三元正极材料、镍钴锰三元正极材料中的至少一种。
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