CN115224238B - 一种锂离子电池负极极片及其制作方法和激光碳化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料。本发明还公开了上述锂离子电池负极极片的制备方法，包括配制碳前驱体溶液、喷涂和激光碳化。本发明所制备的锂离子电池负极极片具有较高的剥离强度、较好的低温倍率性能和高温循环性能。

Description

一种锂离子电池负极极片及其制作方法和激光碳化装置

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负极极片及其制作方法和激光碳化装置。

背景技术

锂离子动力电池以其能量密度高、功率密度大、循环寿命长和绿色无污染等优点在各个领域得到了广泛的应用。当然，这对锂离子电池的倍率性能和低温性能也提出了更高的要求。锂离子电池性能的提升离不开材料的进步，目前常用的材料处理手段是进行碳包覆。例如，正极磷酸铁锂材料纳米化后进行碳包覆，可大幅提升其电子电导率，从而获得优异的倍率和低温性能；负极材料石墨化后再进行碳化处理，可实现-40℃的充电，满足极端环境下的使用需求。

此外，由于锂离子电池用电极在厚度方向存在极化梯度，尤其是锂离子电池用负极在大电流或者低温充电时更趋向于在其表面形成锂枝晶，容易产生安全隐患。目前，解决这些问题的常用的方法是在负极使用碳化的负极活性材料，也就是进行了碳包覆的负极活性材料。这种使用了碳化负极活性材料的负极虽然能使电池的倍率性能和低温性能得到提升，但负极片中负极活性材料的颗粒与颗粒之间的粘结力、以负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力较低，制程中容易掉粉，影响电池的安全性能以及后期的高温循环性能，且成本高。

发明内容

本发明的目的为：提供一种锂离子电池负极极片，在具备良好导电性的同时，具有良好的剥离强度和高温循环性能。

本发明的技术方案为：

一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料。

本发明的锂离子电池负极极片在负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且在负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料，表面的碳化层改善了锂离子电池负极极片表面的电子电导率，有利于提升电池的倍率性能和低温放电性能；渗透在负极活性材料层的表层中的碳化材料，在连接表面的碳化层的同时，向锂离子电池负极极片纵深方向延伸，提高了锂离子电池负极极片截面方向的电子电导率，改善了负极活性材料层表层的各项同性度，降低了锂离子电池负极极片极化的梯度，减小了极化，提高了锂离子电池负极极片的低温性能。再者，本发明的锂离子电池负极极片的碳化层存在于负极活性材料层的表面，不会影响负极活性材料颗粒与颗粒之间的粘结力、以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力，使得所制成的锂离子电池负极极片的剥离强度高，在经历高温循环时不易出现脱落，循环性能好。

另外，尤其对于石墨负极来说，由于石墨负极活性材料微观上为石墨片状颗粒，在锂离子电池充放电过程中锂离子无法直接穿透石墨片层，只能通过石墨片状颗粒的片层间端面方向进行脱嵌，因此在石墨负极表面的固液界面处，迁移过来的锂离子呈现一种无序聚集状态，极容易在锂离子聚集处形成锂晶须。本发明的锂离子电池负极极片中，由于碳前驱体溶液可以渗入到负极活性材料层的表层中石墨颗粒之间的间隙中以及石墨颗粒的孔隙中，碳化后形成的多孔碳化材料将负极活性材料层表层中的石墨片状颗粒之间的间隙连接起来，形成了相邻的石墨片状颗粒之间的电子导通和锂离子迁移通道；使得锂离子在负极中脱嵌时，不再是只有对应在石墨片状颗粒的片层间端面锂离子能进入石墨片层之间，而是多个方向的锂离子都可以通过碳化材料这一“迁移通道”均匀地迁移至石墨片状颗粒的片层间端面，然后有序地在石墨片状颗粒之间迁移，增加了锂离子迁移的通道，提升了参与反应的锂离子数量，加快了电池整体上锂离子在负极表面脱嵌的速度，减少了锂离子电池负极极片的界面极化，从而提升了电池的倍率性能和低温性能。

本发明还提供了上述的锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

配制碳前驱体溶液，所述碳前驱体溶液为沥青溶液、酚醛树脂溶液、聚氯乙烯溶液、糖类溶液和木质素锂盐溶液中的至少一种；

步骤二，喷涂：

在集流体上涂布负极活性材料层，干燥至溶剂质量含量小于0.5%得到负极极片；将步骤一配制好的碳前驱体溶液均匀喷涂到所述负极极片的负极活性材料层的表面，干燥，干燥温度为70-110℃，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.1-0.8μm；

步骤三，激光碳化

在氮气或氩气的保护下，对所述负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化；其中，激光功率为150-1000W，激光照射时间为1-5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为500-900℃；在对所述负极极片的一面进行激光碳化过程中，在所述负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间3-10s。

本发明的上述锂离子电池负极极片的制备方法中，在负极极片的表面喷涂碳前驱体溶液，碳前驱体溶液在喷涂过程中向负极极片的负极活性材料层内部渗透，使碳前驱体溶液中的溶质分子在负极极片的表面均匀铺展的同时向负极极片纵深处扩散。经干燥后，碳前驱体溶液在负极极片表面上形成厚度为0.1-0.8μm的一层碳前驱体涂层，渗透进入负极极片表层中的前驱体溶液也在干燥时嵌入到负极活性材料层表层的负极活性材料颗粒的缝隙之中。在步骤三的激光碳化过程中，经过功率为150-1000W的激光照射1-5s后，负极极片表面上的碳前驱体涂层和渗透进入负极极片表层中的碳前驱体溶质分子在激光的作用下分解、碳化，在负极活性材料层的表面上形成碳化层，在负极活性材料层的表层中形成渗透的碳化材料。另外，由于在本发明的激光碳化过程中，负极极片的一面在进行激光碳化的同时，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，通过0-10℃的冷却温度，可以控制碳化过程中所述碳前驱体涂层表面温度为500-900℃，且由于在另一面进行了同时的冷却，使得激光的碳化作用不会在负极极片的更深层发生，不至于破坏用于粘结负极活性材料颗粒的粘结剂，从而使得所制成的锂离子电池负极极片保持了良好的剥离强度。这也正是本发明区别于现有技术中的碳化材料负极之处，在现有技术中，由于碳化材料是包覆在负极活性材料颗粒的表面，包覆在活性材料颗粒表面的碳本来与活性材料颗粒的结合力不强，导致制成极片后由于碳与粘结剂的脱落造成负极活性材料颗粒之间的结合力弱，活性材料颗粒与集流体之间的结合力也较弱，因此，所制成的负极极片的剥离强度不高，在加工过程中和电池的充放电过程中易出现剥离，从而导致电池的电性能变差。而本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片，由于负极活性材料颗粒并没有采用碳包覆，并且负极极片是在使用了粘结剂进行负极活性材料颗粒之间的粘结并制成极片之后进行了碳前驱体溶液的喷涂，并且，激光碳化仅发生在负极活性材料层的表面及表层中，内部的负极活性材料颗粒之间并不存在碳化材料，因此，不会影响至负极活性材料颗粒与颗粒之间的粘结力、以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力，从而使得所制成的锂离子电池负极极片的剥离强度大；同时激光碳化形成的碳化层和碳化材料疏松多孔，碳化层和碳化材料又提高了锂离子电池负极极片的电子导电性和锂离子的脱嵌速度。氮气或氩气的保护，可以防止在激光碳化过程中碳被氧化。将负极极片的溶剂质量含量干燥至小于0.5%，可以保障在喷涂碳前驱体溶液时负极极片具有良好的渗透性，有利于碳前驱体溶液的吸收和渗透。喷涂后形成的碳前驱体涂层厚度在0.1-0.8μm，可以使得碳化后形成的碳化层具有相对的连续性，同时又保持良好的通透性，有利于锂离子的脱嵌。过小的碳前驱体涂层厚度形成的碳化层连续性差，对于负极极片表面电子导电性的改善不明显。

优选地，步骤三中所述的冷却为冷却辊冷却。使用冷却辊进行冷却，可以方便与负极极片进行贴紧接触降温，这样可以更有效地保证进行激光碳化一面负极极片的温度，同时还能保证负极极片内层的温度不会升得太高，有效防止负极极片中的粘结剂而被碳化。

优选地，本发明的方法还包括步骤四：将所述负极极片的另一面按照同样的方法进行喷涂和激光碳化。两面进行激光碳化的负极极片其电性能更好。

本发明还提供了上述锂离子电池负极极片的制备用激光碳化装置，包括激光发生器和冷却辊，所述激光发生器的激光头与所述冷却辊的轴线平行设置，所述负极极片绕在所述冷却辊上并与之贴紧接触降温。

本发明的锂离子电池负极极片制备用激光碳化装置，能在有效完成激光碳化的同时对负极极片进行冷却保护，结构简单，使用方便，效率高。

本发明的有益效果为：

本发明的方法在制备锂离子电池负极极片时，通过在干燥过的负极极片表面喷涂碳前驱体溶液，使碳前驱体溶液在负极极片表面铺展并向负极活性材料层的表层的缝隙中渗透，使碳前驱体溶质均匀铺展在负极极片表面和渗透在负极活性材料层表层的活性材料颗粒之间，经激光碳化后形成了覆盖在负极活性材料层表面的碳化层和渗透在表层中的碳化材料，且碳化过程又不破坏负极活性材料颗粒之间的粘结剂。 本发明所制备的锂离子电池负极极片由于负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且负极活性材料层的表层中的负极活性材料颗粒之间有碳化材料，碳化层中的碳和渗透的碳化材料共同形成了负极活性材料进行电子导电和锂离子迁移的快速通道，从而提高了负极极片的导电能力和锂离子脱嵌能力，减小了负极在厚度方向极化梯度和负极表面的电荷转移电阻。因此，本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片具有较高的剥离强度、较好的低温倍率性能和高温循环性能。

附图说明

图1为本发明所制备的锂离子电池负极极片的结构示意图。

图2为制备本发明的锂离子电池负极极片制备用激光碳化装置结构示意图。

图中：

1、集流体；2、负极活性材料层；21、表层；3、碳化层；4、碳化材料；5、冷却辊；6、激光头；7、负极极片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。

实施例1

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

将沥青溶解于三氯甲烷中配置成浓度0.08g/ml的沥青溶液。

步骤二，喷涂：

（1）用D₅₀=15.0μm的人造石墨为负极活性材料，将人造石墨与分散剂羧甲基纤维素钠、导电剂Super P、粘结剂SBR按照质量比为94.4:1.6:2.0:2.0，以水为溶剂配置成浆料，在集流体铜箔上两面涂布成负极活性材料层，涂布面密度为7.5mg/cm²，烘干至溶剂质量含量小于0.5%，辊压得到负极极片。

（2）将步骤一配制好的沥青溶液均匀喷涂到（1）所得负极极片的负极活性材料层的表面，经干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.6-0.8μm。

步骤三，激光碳化

在充入氮气的密闭环境下，对步骤二（2）所得到的负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化。图2为本发明中激光碳化装置的结构示意图。如图2所示，激光碳化装置包括激光发生器和冷却辊5，激光发生器的激光头6与冷却辊5的轴线平行设置。工作时，将负极极片7绕在冷却辊5上并与之贴紧接触降温。保持冷却辊5冷却温度可以采用与外界制冷装置如冷冻机、循环冰水等相连接的方法。激光碳化所用的激光功率为1000W，激光照射时间为5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为900℃。在对负极极片的一面进行激光碳化过程中，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间10s，制成锂离子电池负极极片。图1为本实施例所制成的锂离子电池负极极片的结构示意图，如图1所示，本实施例所制成的锂离子电池负极极片包括集流体1和附着在集流体1上的负极活性材料层2，负极活性材料层的表面覆盖有碳化层3，且负极活性材料层的表层21中渗透有碳化材料4。

实施例2

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

将葡萄糖溶解于水中配置成浓度1.5g/ml的葡萄糖溶液。

步骤二，喷涂：

采用实施例1中步骤二（1）所得到负极极片进行喷涂。将步骤一配制好的葡萄糖溶液均匀喷涂到负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.2-0.4μm。

步骤三，激光碳化

在充入氮气的密闭环境下，对步骤二所得到的负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化，所用激光碳化装置与实施例1相同，碳化所用的激光功率为150W，激光照射时间为1s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为500℃。在对负极极片的一面进行激光碳化过程中，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间3s，制成锂离子电池负极极片。

实施例3

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

将木质素先用LiOH处理后得到木质素锂盐，将得到的木质素锂盐溶解于去离子水+乙醇（体积比1:1）中，配置成木质素锂盐饱和溶液。

步骤二，喷涂：

采用实施例1中步骤二（1）得到负极极片进行喷涂。将步骤一配制好的木质素锂盐饱和溶液均匀喷涂到负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.2-0.4μm。

步骤三，激光碳化

在充入氮气的密闭环境下，对步骤二所得到的负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化，所用激光碳化装置与实施例1相同，碳化所用的激光功率为500W，激光照射时间为4s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为800℃。在对负极极片的一面进行激光碳化过程中，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间5s，制成锂离子电池负极极片。

实施例4

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

将酚醛树脂溶解于丙酮中配置成浓度1.5g/ml的酚醛树脂溶液。

步骤二，喷涂：

采用实施例1中步骤二（1）中得到负极极片用来喷涂。将步骤一配制好的酚醛树脂溶液均匀喷涂到负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.2-0.4μm。

步骤三，激光碳化

在充入氮气的密闭环境下，对步骤二所得到的负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化，所用激光碳化装置与实施例1相同，碳化所用的激光功率为300W，激光照射时间为5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为800℃。在对负极极片的一面进行激光碳化过程中，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间10s，制成锂离子电池负极极片。

实施例5

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

将聚氯乙烯溶解于四氢呋喃中配置成浓度1.5g/ml的聚氯乙烯溶液。

步骤二，喷涂：

采用实施例1中步骤二（1）中得到负极极片用来喷涂。将步骤一配制好的聚氯乙烯溶液均匀喷涂到负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.4-0.6μm。

步骤三，激光碳化

在充入氮气的密闭环境下，对步骤二所得到的负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化，所用激光碳化装置与实施例1相同，碳化所用的激光功率为800W，激光照射时间为2s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为500℃。在对负极极片的一面进行激光碳化过程中，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间5s，制成锂离子电池负极极片。

对比例1

直接使用实施例1中步骤二（1）中得到负极极片为锂离子电池负极极片。

对比例2

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

步骤一，取粒径D₅₀为15.0μm的人造石墨，使用沥青包覆后在氮气保护下1000℃碳化2h，形成一层厚度为2-3nm的无定形碳包覆层，得到含有碳包覆层的人造石墨。

步骤二，用所制得的含有碳包覆层的人造石墨与分散剂羧甲基纤维素钠、导电剂Super P、粘结剂SBR按照质量比为94.4:1.6:2.0:2.0混合，以水为溶剂配置成浆料，在集流体铜箔上两面涂布成负极活性材料层，涂布面密度为7.5mg/cm²，烘干至溶剂质量含量小于0.5%，辊压得到锂离子电池负极极片。

对比例3

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

用对比例2步骤一中得到的含有碳包覆层的人造石墨为负极活性材料与水混合配成的浆料，将该浆料喷涂在实施例1中步骤二（1）所得到负极极片上，烘干得到锂离子电池负极极片。

发现烘干后的锂离子电池负极极片表面凹凸不平，喷涂所得涂层的厚度为3-40μm。显然，这种方法得到的锂离子电池负极极片的二次涂层的面密度不均一。

对比例4

制备一种锂离子电池负极极片，方法如下：

在氮气保护下，将沥青在1000℃碳化2h。再选用直径为0.15mm的锆珠，将碳化的无定形碳在球磨机中研磨成D₅₀=2μm颗粒，将所得无定形碳颗粒与分散剂羧甲基纤维素钠、导电剂Super P、粘结剂SBR按照质量比为94.4:1.6:2.0:2.0混合，以水为溶剂配置成浆料。将该浆料喷涂在实施例1中步骤二（1）中得到负极极片上，烘干。烘干后的极片表面相对平整，面密度均一。测得喷涂所得的涂层的厚度为0.5-10μm，厚度分布范围仍然较宽，极片表面存在微观上的不均一。

测试：

1、测试极片的剥离强度

将各实施例及对比例所制备的锂离子电池负极极片分别进行如下测试：

将锂离子电池负极极片裁切成宽度为20mm、长度为150mm的试样极片，在试样极片的测试面粘贴20mm*110mm的3M双面胶，3M双面胶与试样极片在宽度方向的对齐度≤0.5mm。用拉力试验机测试剥离强度，测试环境温度25±5℃，剥离角度180±10°，剥离速度200mm/min。测试结果见表1。

2、电池性能测试

1）电池制作

将2kg正极活性材料磷酸铁锂、40g导电剂乙炔黑、50g粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF），加入到1.8kg的N-甲基吡咯烷酮溶液（NMP溶液）中，在真空搅拌机中搅拌2h，制得正极浆料；将该正极浆料均匀的涂布在铝箔上，经过120℃烘干。碾压、制片、真空烘烤（110℃下24h），制得锂离子二次电池正极极片。

分别以各实施例及对比例所制备的锂离子电池负极极片为负极极片、上述制得的正极极片以及隔膜依次用卷绕机层叠卷绕成卷状的电芯，以碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯质量比1：1：1的溶剂中加入1.1mol/L的LiPF₆为电解液，注入上述电芯中，制成5Ah软包锂离子二次电池。化成后用于以下测试。

2）电荷转移电阻测试

采用交流阻抗测试仪进行测试，测试时的扰动交流电的频率为0.01Hz-100k Hz，振幅为5mV。测试结果见表1。

3）0.2C充电恒流比测试

对制备的各个锂离子电池，先在25±2℃下放电至2.0V，然后在5℃环境下搁置8h，再以0.2C进行恒流充电至3.65V，然后转恒压充电，恒压充电的截止电流为0.05C，记录恒流比，测试结果见表1。

4）低温放电容量比测试

对制备的各个锂离子电池，先在25±2℃下充放3次，充放电电压范围2.0-3.65V；然后充电至满电态后，在-20℃环境下搁置8h，再在-20℃环境下以1C放电至2.0V，记录最后放电容量为低温放电容量。以常温放电容量为基准，计算低温放电容量比，测试结果见表1。

5）高温循环性能测试

对制备的各个锂离子电池在55℃环境下进行1C充放电循环性能测试，得到200周和500周的容量保持率，结果见表1。

表1

由表1中的结果可以看出，本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片的剥离强度较高，都在0.295 N/20mm以上，与对比例1中所制备的锂离子电池负极极片相差不多，也就是和没有进行碳化处理的常规负极极片的剥离强度相差不大，没有进行碳化处理的常规负极极片的剥离强度为0.312 N/20mm，可见，经过本发明的方法进行激光碳化处理后，锂离子电池负极极片的剥离强度没有受到太大的影响；而使用了和现有技术相同方法的对比例2，由于使用了碳化负极材料，在负极活性物质人造石墨的表面进行了无定形碳包覆，该碳包覆层的人造石墨制备成了负极极片，这种负极极片中负极活性材料颗粒之间的粘结力、以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力都较低，因此所测得的极片剥离强度较小，仅为0.157N/20mm，较本发明的方法制备的锂离子电池负极极片的剥离强度小了约一倍。对比例3采用了含有碳包覆层的人造石墨制成的浆料对负极极片进行喷涂，可以看到，采用这种办法尽管在极片内部不存在碳包覆材料，但是其剥离强度仍不高，这主要是由于喷涂所得的涂层中的碳包覆材料本身仍然剥离强度低，另外在喷涂过程中由于采用的是负极活性物质的浆料，不是像本发明一样采用溶液，因此，喷涂形成的涂层的表面凹凸不平，面密度不均一，极片的质量也无法得到保证。对比例4中采用了沥青碳化后得到的无定形碳对负极极片表面进行涂覆，采用这种方法尽管烘干后极片表面平整度较对比例3稍有改善，但是其剥离强度并没有太大的改善，这可能是由于这种方法涂覆的无定形碳与负极极片不能很好地结合造成的。而本发明的方法通过先在负极极片表面喷涂碳前驱体溶液，使碳前驱体溶液中的溶质分子均匀在负极极片的表面铺展的同时向极片纵深处扩散，碳化后形成的负极活性材料表层中渗透的碳化材料嵌入在了负极活性材料表层中，对锂离子电池负极极片表面的碳化层起到了一定的紧固作用。

剥离强度的提高还有利于提高锂离子电池的高温循环性能。在高温条件下进行循环充放电过程中，极片不断地进行胀缩，本发明的方法所制备的锂离子电池极片由于剥离强度高，在高温这样的恶劣工作环境下，经过200周的充放电循环后，其容量保持率仍在94%以上，经过500周的充放电循环后，其容量保持率仍在90%以上，和没有进行碳化处理的对比例1的负极极片相差不大，可见本发明的方法可以在不影响负极极片剥离强度的条件下，改善锂离子电池负极极片的电子导电性能和锂离子的迁移速度，改善锂离子电池的高温循环性能。而对比例2 的和现有技术相同的采用碳化负极的极片，由于其剥离强度差，其在55℃环境下1C充放电循环测试200周容量保持率较低为92.6%；500周容量保持率也较低为86.5%。

从表1中的数据还可以看出，本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片所制备的电池的电荷转移电阻较对比例1的负极极片有所下降，这充分说明，采用本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片由于在负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，在负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料，使得负极极片的电荷转移速度得到提高。这从所制备的锂离子电池的0.2C充电恒流比也可以看出，本发明的各实施例的0.2C充电恒流比较没有进行本发明处理的负极材料有明显提高；另外，正是由于极片导电性能的提升，所制备的锂离子电池的低温放电容量比也得到了改善。

采用本发明的方法经激光碳化后的负极极片由于负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且负极活性材料层的表层中活性材料颗粒之间有碳化材料，碳化层中的碳和渗透的碳化材料共同形成了负极活性材料进行电子导电和锂离子迁移的快速通道，从而提高了负极的导电能力和锂离子脱嵌能力，减小了负极在厚度方向极化梯度和负极表面的电荷转移电阻，由本发明的方法所制备的锂离子电池负极极片具有较高的剥离强度、较好的低温倍率性能和高温循环性能。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，以上所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。另外以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，其特征在于，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料；

所述锂离子电池负极极片由以下方法制成：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

配制碳前驱体溶液，所述碳前驱体溶液为沥青溶液、酚醛树脂溶液、聚氯乙烯溶液、糖类溶液和木质素锂盐溶液中的至少一种；

步骤二，喷涂：

在集流体上涂布负极活性材料层，干燥至溶剂质量含量小于0.5%得到负极极片；将步骤一配制好的碳前驱体溶液均匀喷涂到所述负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.1-0.8μm；

步骤三，激光碳化：

在氮气或氩气的保护下，对所述负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化；其中，激光功率为150-1000W，激光照射时间为1-5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面的温度为500-900℃；在对所述负极极片的一面进行激光碳化过程中，在所述负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间3-10s。

2.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，配制碳前驱体溶液：

配制碳前驱体溶液，所述碳前驱体溶液为沥青溶液、酚醛树脂溶液、聚氯乙烯溶液、糖类溶液和木质素锂盐溶液中的至少一种；

步骤二，喷涂：

在集流体上涂布负极活性材料层，干燥至溶剂质量含量小于0.5%得到负极极片；将步骤一配制好的碳前驱体溶液均匀喷涂到所述负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.1-0.8μm；

步骤三，激光碳化：

在氮气或氩气的保护下，对所述负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化；其中，激光功率为150-1000W，激光照射时间为1-5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面的温度为500-900℃；在对所述负极极片的一面进行激光碳化过程中，在所述负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0-10℃，冷却时间3-10s。

3.如权利要求2所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的冷却为冷却辊冷却。

4.如权利要求2所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，还包括步骤四：

将所述负极极片的另一面按照同样的方法进行喷涂和激光碳化。

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