CN114388727A - 一种厚负极极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚负极极片及其制备方法，所述的厚负极极片包括集流体、涂覆在集流体表面的内涂层以及涂覆在内涂层表面的外涂层，所述的内涂层包括快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂，所述的外涂层包括硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂及造孔剂。本发明的厚负极极片内外涂层搭配一方面可以有效地改善厚负极极片电解液浸润性、倍率性能以及循环性能，另一方面本发明的内涂层为石墨层，外涂层为硅基层，在一定程度上石墨层缓解硅基层的体积膨胀效应，改善电池的循环性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种厚负极极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点，因而在便携式电子设备例如笔记本电脑、手机、数码相机等电子产品中得到广泛应用。近年来，随着新能源与清洁能源汽车的快速发展，对新型动力电池与储能电池的性能及其安全性提出了更高的要求,而且对于电池可耐受各种极端工作条件下的需求也在日益增长。目前，为了提高锂离子电池的性能，许多研究都集中在电极材料和电解质的开发和改进上，而对于电极和电池结构的设计方面研究较少，尤其是对电池关键材料在极端条件下耐受性的研究还鲜有报道。合理的电极结构设计对于整个电极内的离子和电子传输途径非常重要，通过优化电极的结构，可以提高电极的导电性和其对电解液的浸润等性能，提高电子和离子在整个电极内部的传输速率，进而提升电池的能量密度和倍率等性能。然而，想要获得既具有良好的电子/离子传输特性、又具有活性物质高负载量的厚电极是一个很大的挑战。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种厚负极极片及其制备方法，旨在改善厚负极极片电解液浸润性、倍率性能以及循环性能，同时缓解硅基负极体积膨胀效应，以提高锂离子电池的能量密度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种厚负极极片及其制备方法，所述的厚负极极片包括集流体、涂覆在集流体表面的内涂层以及涂覆在内涂层表面的外涂层，所述的内涂层包括快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂，所述的外涂层包括硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂及造孔剂，所述的厚负极极片的制备方法包括以下步骤：
步骤（一）：将快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂按一定的质量比混合搅拌均匀，涂覆在集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂及造孔剂按一定的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到一定厚度的厚负极极片。
所述的厚负极极片厚度为150~300微米。作为本发明的厚负极极片的一种改进，所述的厚负极极片厚度为180~300微米。
所述内涂层厚度为厚负极极片厚度的5~80%，所述的外涂层厚度为厚负极极片厚度20~95%。作为本发明的厚负极极片的一种改进，所述内涂层厚度为厚负极极片厚度的10~70%，所述的外涂层厚度为厚负极极片厚度30~90%。
所述的内涂层中快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂的质量比为94~97%：0.5~2%：1~1.5%：1.5~2.5%，所述的导电剂为导电石墨或导电炭黑，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液。
作为本发明的厚负极极片的一种改进，所述的内涂层中快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂的质量比为95~97%：0.5~1%：1~1.5%：1.5~2.5%，所示的导电剂为导电石墨或导电炭黑，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液。
所述的外涂层中硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂、造孔剂的质量比为92~96%：0.5~2%：1~1.5%：2~2.5%：0.5~2%，所述的硅基材料为氧化亚硅或硅碳复合物，所述导电剂为碳纳米管与导电炭黑混合物，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸钠、聚丙烯腈中的一种或多种。
作为本发明的厚负极极片的一种改进，所述的外涂层中硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂、造孔剂的质量比为93~96%：0.5~1.5%：1~1.5%：2~2.5%：0.5~1.5%，所述的硅基材料为氧化亚硅或硅碳复合物，所述导电剂为碳纳米管与导电炭黑混合物，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸钠中的一种或多种。
作为本发明的厚负极极片的一种改进，所述的造孔剂为多孔碳。
本发明的有益效果在于：本发明的厚负极极片外涂层中添加多孔碳，有效地提高外涂层的孔隙率，改善电解液浸润性，缩短锂离子传输到内涂层的路径，提供更多的锂离子传输路径，削弱浓差极化，降低电池的容量损失；本发明的厚负极极片内涂层采用的快充石墨，提高动力学性能，有利于电子快速的进出，改善电池的倍率性能；本发明的厚负极极片内外涂层搭配一方面可以有效地改善厚负极极片电解液浸润性、倍率性能以及循环性能，另一方面本发明的内涂层为石墨层，外涂层为硅基层，在一定程度上石墨层缓解硅基层的体积膨胀效应，改善电池的循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液、多孔碳按95.1%：0.8%：1.3%：2.3%：0.5%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到200μm厚度的厚负极极片。
实施例2：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液、多孔碳按94.6%：0.8%：1.3%：2.3%：1%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到200μm厚度的厚负极极片。
实施例3：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液、多孔碳按94.1%：0.8%：1.3%：2.3%：1.5%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到200μm厚度的厚负极极片。
实施例4：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液、多孔碳按94.6%：0.8%：1.3%：2.3%：1%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到250μm厚度的厚负极极片。
实施例5：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液、多孔碳按94.6%：0.8%：1.3%：2.3%：1%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到300μm厚度的厚负极极片。
比较例1：
步骤（一）：将快充石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液按95.4%： 1%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在6μm的铜集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液95.6%：0.8%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到200μm厚度的厚负极极片。
比较例2：
步骤（一）：将氧化亚硅，碳纳米管与导电炭黑混合物，羧甲基纤维素钠，丁苯橡胶乳液95.6%：0.8%：1.3%：2.3%的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到极片；
步骤（二）：将步骤（一）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到200μm厚度的厚负极极片。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。
Claims (6)
1.一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的厚负极极片包括集流体、涂覆在集流体表面的内涂层以及涂覆在内涂层表面的外涂层，所述的内涂层包括快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂，所述的外涂层包括硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂及造孔剂，所述的厚负极极片的制备方法包括以下步骤：
步骤（一）：将快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂按一定的质量比混合搅拌均匀，涂覆在集流体表面，经过烘箱干燥得到包含内涂层极片；
步骤（二）：将硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂及造孔剂按一定的质量比混合搅拌均匀，涂覆在内涂层表面，经过烘箱干燥得到包含内外涂层极片；
步骤（三）：将步骤（二）所制制备的极片经过两次冷压处理即可得到一定厚度的厚负极极片。
2.根据权利要求1所述的一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的厚负极极片厚度为150~300微米。
3.根据权利要求1所述的一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述内涂层厚度为厚负极极片厚度的5~80%，所述的外涂层厚度为厚负极极片厚度20~95%。
4.根据权利要求1所述的一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的内涂层中快充石墨、导电剂、增稠剂、粘接剂的质量比为94~97%：0.5~2%：1~1.5%：1.5~2.5%，所述的导电剂为导电石墨或导电炭黑，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液。
5.根据权利要求1所述的一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的外涂层中硅基材料、导电剂、增稠剂、粘接剂、造孔剂的质量比为92~96%：0.5~2%：1~1.5%：2~2.5%：0.5~2%，所述的硅基材料为氧化亚硅或硅碳复合物，所述导电剂为碳纳米管与导电炭黑混合物，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸钠、聚丙烯腈中的一种或多种。
6.根据权利要求1和5所述的一种厚负极极片及其制备方法，其特征在于，所述的造孔剂为多孔碳。
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|---|---|---|---|---|
| KR20100002429A (ko) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | 충북대학교 산학협력단 | 탄소재와 이산화티탄을 이용한 축전 탈이온화용 복합전극의제조방법 |
| CN107601490A (zh) * | 2017-08-11 | 2018-01-19 | 天津爱敏特电池材料有限公司 | 一种快充石墨负极材料及其制备方法 |
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-
2020
- 2020-10-21 CN CN202011133904.3A patent/CN114388727A/zh active Pending
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| KR20100002429A (ko) * | 2008-06-30 | 2010-01-07 | 충북대학교 산학협력단 | 탄소재와 이산화티탄을 이용한 축전 탈이온화용 복합전극의제조방법 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 连芳: "电化学储能器件及关键材料", 北京冶金出版社, pages: 137 * |
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