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一種鋰離子電池用復合負極片及其制備方法和鋰離子電池與流程

文檔序號:12010834閱讀:360來源:國知局
本發(fā)明涉及鋰離子電池領域,特別是涉及一種鋰離子電池用復合負極片及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術:
鋰離子電池因具有質量輕、體積小、工作電壓高、能量密度高、輸出功率大、充電效率高和無記憶效應等優(yōu)點,在手機、筆記本電腦等領域得到了廣泛的應用。鋰離子電池通常由正極片、負極片、隔膜、電解液和外殼組成。其中,隔膜主要為市售的商業(yè)化的聚乙烯(PE)薄膜或聚丙烯(PP)薄膜,其厚度為20~40μm,孔隙率在40%左右,隔膜間隔設置在正極片和負極片之間,阻隔正負極極片從而防止電池內部短路,但允許離子流快速通過,從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極極片之間的快速傳輸?,F有鋰離子電池的制備方法通常為先分別制備正極片、負極片和隔膜,然后將隔膜與正負極極片卷繞,經組裝封裝后注液、密封,最后活化并進行性能檢驗。但該制備方法中,隔膜通常為輕軟薄滑的薄膜,在卷繞裝配過程中與正負極極片不易對齊,往往易造成短路正負極極片之間的短路,同時,在卷繞裝配過程中易產生張力造成電芯變形,并且隨著循環(huán)次數的增多,鋰離子電池變形情況還將加重,容量衰減較大。此外,市售的商業(yè)化的聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜等聚烯烴類薄膜的熱穩(wěn)定性較差,導致鋰離子電池存在安全隱患。這是因為,鋰離子電池的安全對策之一是使電流遮斷,即當鋰離子電池內部溫度較高時,具有多孔結構的聚合物隔膜應當能夠產生熔化自動關閉多孔結構,從而迅速增加阻抗而使電流遮斷。但聚烯烴類薄膜的熱穩(wěn)定性較差,聚乙烯薄膜的自閉溫度為135~140℃,聚丙烯薄膜的自閉溫度為170℃左右,易出現大量的體積收縮使得隔膜面積收縮變小以及易完全被破壞而導致鋰離子電池短路,從而導致電池爆炸或著火。對此,有人提出將隔膜與電極片復合在一起,如公開號為CN101246958A的中國專利申請?zhí)岢鰧⒑袠O性單體的水性聚合物膠體乳液膠并添加耐高溫的無機氧化物,直接涂覆在鋰電池碳負極片上形成具有微孔涂層隔膜的復合電極片,再與正極片卷繞,經組裝封裝后注液、密封,最后活化、性能檢驗。但該制備方法制得的復合電極片中含有親水性聚合物,導致復合電極片極易吸水,同時添加的無機氧化物具有較高的比表面積和較強的表面吸附能力,也導致復合電極的吸水,嚴重影響了鋰離子電池的循環(huán)性能,另外無機氧化物顆粒進行涂布過程中,容易產生隔膜表面涂層不均勻(顆粒不均勻,分布也不均勻)等現象,以及,鋰離子電池在長期運行的過程中,隔膜表面的無機顆粒涂層有脫落的可能,會導致鋰離子電池性能下降。

技術實現要素:
有鑒于此,本發(fā)明實施例第一方面提供了一種鋰離子電池用復合負極片,用以解決現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命。本發(fā)明實施例第二方面提供了該鋰離子電池用復合負極片的制備方法。本發(fā)明實施例第三方面提供了包含該鋰離子電池用復合負極片的鋰離子電池。第一方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池用復合負極片,所述鋰離子電池用復合負極片由負極片和復合在所述負極片表面的隔膜組成,所述負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,所述隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。在本發(fā)明實施例第一方面中,優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。優(yōu)選地,集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。本發(fā)明實施例第一方面克服了現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,同時,隔膜為多孔高分子材料聚酰亞胺納米纖維膜,耐熱性能好,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此適用于高容量和動力電池。第二方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池用復合負極片的制備方法,包括以下步驟:通過靜電紡絲的方式將聚酰胺酸溶液噴涂在負極片表面,然后進行機械輥壓,最后熱亞胺化處理將噴涂在負極片表面的聚酰胺酸轉化為聚酰亞胺,在負極片表面形成聚酰亞胺納米纖維膜,得到鋰離子電池用復合負極片。在本發(fā)明實施例第二方面中,優(yōu)選地,聚酰胺酸溶液按如下方法制備:取二元有機酸酐與有機二胺加入至有機溶劑中,攪拌,發(fā)生縮合反應制得聚酰胺酸溶液。更優(yōu)選地,二元有機酸酐為均苯四甲酸二酐(PMDA)、聯苯四酸二酐(S-BPDA)、異丙基二苯酐(IPDA)、氧聯苯四甲酸二酐(ODPA)、二苯酮四酸二酐(BTDA)和雙酚A二醚二酐(BPADA)中的一種或幾種。更優(yōu)選地,有機二胺為4,4-二氨基二苯醚(4,4-ODA)、3,4-二氨基二苯醚(3,4-ODA)、間苯二胺(MDA)、對苯二胺(PDA)、3,3-二苯砜二胺(3,3-SDA)、聯苯二胺(BPDA)和異丙基二苯胺(IPDA)中的一種或幾種。更優(yōu)選地,有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氫呋喃(THF)和甲醇中的一種或幾種。更優(yōu)選地,二元有機酸酐與有機二胺按摩爾比為0.7~1.1∶1,有機溶劑的加入量為二元有機酸酐和有機二胺總質量的5~8倍。更優(yōu)選地,攪拌過程的溫度為0℃~30℃,攪拌時間為2~10小時。在本發(fā)明提供的第二個實施例中,優(yōu)選地,靜電紡絲的紡絲針頭直徑為0.2mm~1.5mm,電壓為100v~20kv,針頭與接收電極的距離為10cm~35cm,紡絲流量0.2~1毫升/小時。優(yōu)選地,機械輥壓的強度為1~15兆帕,速度為0.5~1米/分鐘,輥壓時間為1~5分鐘。優(yōu)選地,熱亞胺化處理是在氮氣、氬氣或真空下梯度升溫,梯度升溫為:100~200℃保持0.5~2小時,200~250℃保持0.5~2小時,250~300℃保持0.5~1.5小時。優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成。優(yōu)選地,集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。本發(fā)明實施例第二方面將隔膜直接復合在負極片上制得鋰離子電池用復合負極片,簡化了現有技術中需要先單獨制備正、負極片和隔膜且隨后需要將隔膜與正負極片進行卷繞的過程,同時克服了現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此適用于高容量和動力電池。第三方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池,由鋰離子電池用復合負極片、正極片、非水電解液和外殼組成,所述鋰離子電池用復合負極片由負極片和復合在所述負極片表面的隔膜組成,所述負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,所述隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。優(yōu)選地,聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。優(yōu)選地,集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。正極片由集流體和涂覆在集流體表面的正極活性材料組成,正極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。優(yōu)選地,非水電解液是碳酸酯溶劑的電解液,所述電解液中含有鋰鹽,所述碳酸酯選自碳酸亞乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一種或幾種,所述鋰鹽選自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAlO4、LiAlCl4、Li(CF3SO2)2N、LiBOB和LiDFOB中的一種或幾種。優(yōu)選地,外殼為鋁塑膜、鋼殼、鋁殼或塑料殼。本發(fā)明實施例第三方面中由于鋰離子電池用復合負極片已復合有隔膜,無需再另行設置隔膜也無需另行將隔膜與正負極片進行卷繞成型,同時,隔膜為多孔高分子材料聚酰亞胺納米纖維膜,耐熱性能好,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此本發(fā)明實施例第三方面提供的鋰離子電池易于制備,并且具有優(yōu)良的安全性能以及長的使用壽命,可用作高容量和動力電池。本發(fā)明實施例的優(yōu)點將會在下面的說明書中部分闡明,一部分根據說明書是顯而易見的,或者可以通過本發(fā)明實施例的實施而獲知。附圖說明圖1為本發(fā)明具體實施方式中鋰離子電池用復合負極片的制備方法的流程圖。具體實施方式以下所述是本發(fā)明實施例的優(yōu)選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護范圍。本發(fā)明實施例第一方面提供了一種鋰離子電池用復合負極片,用以解決現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命。本發(fā)明實施例第二方面提供了該鋰離子電池用復合負極片的制備方法。本發(fā)明實施例第三方面提供了包含該鋰離子電池用復合負極片的鋰離子電池。第一方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池用復合負極片,所述鋰離子電池用復合負極片由負極片和復合在所述負極片表面的隔膜組成,所述負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,所述隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。在本發(fā)明實施例第一方面中,聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。聚酰亞胺納米纖維膜較薄,用于制備鋰離子電池時占據電池內部空間較小,因此可提高鋰離子電池的容量密度??紫堵噬婕皢挝幻娣e上孔的數量的多少,孔徑的大小涉及離子在其中穿梭的能力。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。此時,離子流可快速通過,從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極極片之間的快速傳輸。集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料,例如碳材料。本發(fā)明實施例第一方面克服了現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,同時,隔膜為多孔高分子材料聚酰亞胺納米纖維膜,耐熱性能好,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此適用于高容量和動力電池。第二方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池用復合負極片的制備方法,如圖1所示,包括以下步驟:通過靜電紡絲的方式將聚酰胺酸溶液噴涂在負極片表面,然后進行機械輥壓,最后熱亞胺化處理將噴涂在負極片表面的聚酰胺酸轉化為聚酰亞胺,在負極片表面形成聚酰亞胺納米纖維膜,得到鋰離子電池用復合負極片。在本發(fā)明實施例第二方面中,聚酰胺酸溶液按如下方法制備:取二元有機酸酐與有機二胺加入至有機溶劑中,攪拌,發(fā)生縮合反應制得聚酰胺酸溶液。二元有機酸酐為均苯四甲酸二酐(PMDA)、聯苯四酸二酐(S-BPDA)、異丙基二苯酐(IPDA)、氧聯苯四甲酸二酐(ODPA)、二苯酮四酸二酐(BTDA)和雙酚A二醚二酐(BPADA)中的一種或幾種。有機二胺為4,4-二氨基二苯醚(4,4-ODA)、3,4-二氨基二苯醚(3,4-ODA)、間苯二胺(MDA)、對苯二胺(PDA)、3,3-二苯砜二胺(3,3-SDA)、聯苯二胺(BPDA)和異丙基二苯胺(IPDA)中的一種或幾種。有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、四氫呋喃(THF)和甲醇中的一種或幾種。二元有機酸酐與有機二胺按摩爾比為0.7~1.1∶1,有機溶劑的加入量為二元有機酸酐和有機二胺總質量的5~8倍。攪拌過程的溫度為0℃~30℃,攪拌時間為2~10小時。在本發(fā)明提供的第二個實施例中,靜電紡絲的紡絲針頭直徑為0.2mm~1.5mm,電壓為100v~20kv,針頭與接受電極的距離為10cm~35cm,紡絲流量0.2~1毫升/小時。機械輥壓的強度為1~15兆帕,速度為0.5~1米/分鐘,輥壓時間為1~5分鐘。熱亞胺化處理是在氮氣、氬氣或真空下梯度升溫,梯度升溫為:100~200℃保持0.5~2小時,200~250℃保持0.5~2小時,250~300℃保持0.5~1.5小時。聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成。集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。本發(fā)明實施例第二方面將隔膜直接復合在負極片上制得鋰離子電池用復合負極片,簡化了現有技術中需要先單獨制備正、負極片和隔膜且隨后需要將隔膜與正負極片進行卷繞的過程,同時克服了現有技術中隔膜與正負極極片卷繞設置易引起的電池內部短路和電芯變形的問題,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此適用于高容量和動力電池。第三方面,本發(fā)明實施例提供了一種鋰離子電池,由鋰離子電池用復合負極片、正極片、非水電解液和外殼組成,所述鋰離子電池用復合負極片由負極片和復合在所述負極片表面的隔膜組成,所述負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,所述隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm~30μm。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為5%~80%,孔徑為0.01μm~10μm。集流體為銅箔或鋁箔。負極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。正極片由集流體和涂覆在集流體表面的正極活性材料組成,正極活性材料為任意可脫嵌鋰離子的有機化合物或無機材料。非水電解液是碳酸酯溶劑的電解液,所述電解液中含有鋰鹽,所述碳酸酯選自碳酸亞乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一種或幾種,所述鋰鹽選自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAlO4、LiAlCl4、Li(CF3SO2)2N、LiBOB和LiDFOB中的一種或幾種。外殼為鋁塑膜、鋼殼、鋁殼或塑料殼。鋰離子電池的制作將鋰離子電池用復合負極片和正極片裁切至一定尺寸,然后將鋰離子電池用復合負極片和正極片卷繞好用鋁塑膜預封,制得423485方型電池極芯,隨后完成方形卷繞軟包電池,最后注入非水電解液,即制得鋰離子電池。本發(fā)明實施例第三方面中由于鋰離子電池用復合負極片已復合有隔膜,無需再另行設置隔膜也無需另行將隔膜與正負極片進行卷繞成型,同時,隔膜為多孔高分子材料聚酰亞胺納米纖維膜,耐熱性能好,并且能夠提高鋰離子電池的安全性能和循環(huán)使用壽命,因此本發(fā)明實施例第三方面提供的鋰離子電池易于制備,并且具有優(yōu)良的安全性能以及長的使用壽命,可用作高容量和動力電池。下面以方形卷繞式鋰離子軟包電池(型號為423485)的制作和測試為例,分多個實施例對本發(fā)明實施例進行進一步的說明。其中,本發(fā)明實施例不限定于以下的具體實施例。在不變主權利的范圍內,可以適當的進行變更實施。實施例一鋰離子電池用復合負極片的制備方法,包括如下步驟:(1)聚酰胺酸溶液的合成將45克均苯四甲酸二酐(PMDA)、42克二氨基二苯醚(ODA)加入到攪拌桶,加入500毫升N,N--二甲基甲酰胺(DMF),然后在30℃溫度下攪拌反應2小時,發(fā)生縮合反應得到均一的聚酰胺酸溶液。(2)負極片制備將200克負極活性物質人造石墨、3克粘結劑丁苯橡膠(SBR)和3克羧甲基纖維素(CMC)的混合物加入到200克水中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的漿料。將該漿料均勻地涂布在9微米的銅箔的兩面,控制涂布的面密度為17.8毫克/平方厘米,然后在100℃下烘干,輥壓制得厚度為120微米的負極片。(3)鋰離子電池用復合負極片制備將聚酰胺酸溶液進行靜電紡絲到已制備好的負極片上,針頭直徑為1.5毫米,紡絲電壓為20千伏,針頭到負極片的距離為18厘米,電紡絲1小時,然后經過90℃烘箱預烘干,再經過輥壓機輥壓,壓強為15兆帕,速度為0.5米/分鐘,輥壓5分鐘,控制聚酰胺酸納米纖維膜厚度為30μm,在氮氣氣氛下加熱將聚酰胺酸轉化為聚酰亞胺,加熱的溫度為200℃下保持0.5小時,250℃下保持0.5小時,300℃下保持0.5小時,得到具有聚酰亞胺納米纖維膜的鋰離子電池用復合負極片。本實施例制得的鋰離子電池用復合負極片,由負極片和直接復合在負極片表面的隔膜組成,負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為30μm。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為70%,孔徑為10μm。鋰離子電池的制備方法將實施例一制得的鋰離子電池用復合負極片裁切至尺寸為405毫米X80毫米,其中含有5.3克活性成份人造石墨。將200克正極活性物質LiCoO2、4克粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克導電劑乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的正極漿料。將該漿料均勻的涂布在16微米的鋁箔上,控制涂布的面密度為34毫克/平方厘米,然后120℃下烘干、輥壓、裁切為392毫米X78毫米的正極片,其中含有11.5克活性成份LiCoO2。將上述裁切至一定形狀的鋰離子電池用復合負極片、正極片卷繞好用鋁塑膜預封,制得423485方型電池極芯,隨后完成方形卷繞軟包電池,最后注入非水電解液5克,所述非水電解液為碳酸亞乙酯∶甲基乙基碳酸酯∶碳酸二乙酯體積比為1∶1∶1形成的混合溶液,其中含有1摩爾的六氟磷酸鋰,即制得鋰離子電池,該鋰離子電池的設計容量為1600毫安時。實施例二鋰離子電池用復合負極片的制備方法,包括如下步驟:(1)聚酰胺酸溶液的合成將45克異丙基二苯酐、42克二苯砜二胺加入到攪拌桶,加入500毫升N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),然后在10℃溫度下攪拌反應8小時,發(fā)生縮合反應得到均一的聚酰胺酸溶液。(2)負極片制備將200克負極活性物質人造石墨、3克粘結劑丁苯橡膠(SBR)和3克羧甲基纖維素(CMC)的混合物加入到200克水中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的漿料。將該漿料均勻地涂布在9微米的銅箔的兩面,控制涂布的面密度為17.8毫克/平方厘米,然后在100℃下烘干,輥壓制得厚度為120微米的負極片。(3)鋰離子電池用復合負極片制備將聚酰胺酸溶液進行靜電紡絲到已制備好的負極片上,針頭直徑為1毫米,紡絲電壓為1000伏,針頭到負極片的距離為20厘米,電紡絲0.8小時,然后經過90℃烘箱預烘干,再經過輥壓機輥壓,壓強為5兆帕,速度為0.8米/分鐘,輥壓3分鐘,控制聚酰胺酸納米纖維膜厚度為15微米,在氬氣氣氛下加熱將聚酰胺酸轉化為聚酰亞胺,加熱的溫度為150℃下保持1小時,220℃下保持1小時,300℃下保持1小時,得到具有聚酰亞胺納米纖維膜的鋰離子電池用復合負極片。鋰離子電池用復合負極片,由負極片和直接復合在負極片表面的隔膜組成,負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為15μm。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為60%,孔徑為1μm。鋰離子電池的制備方法同實施例一。實施例三鋰離子電池用復合負極片的制備方法,包括如下步驟:(1)聚酰胺酸溶液的合成將45克異丙基二苯酐、24克對苯二胺加入到攪拌桶,加入450毫升N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),然后在0℃溫度下攪拌反應10小時,發(fā)生縮合反應得到均一的聚酰胺酸溶液。(2)負極片制備將200克負極活性物質人造石墨、3克粘結劑丁苯橡膠(SBR)和3克羧甲基纖維素(CMC)的混合物加入到200克水中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的漿料。將該漿料均勻地涂布在9微米的銅箔的兩面,控制涂布的面密度為17.8毫克/平方厘米,然后在100℃下烘干,輥壓制得厚度為120微米的負極片。(3)鋰離子電池用復合負極片制備將聚酰胺酸溶液進行靜電紡絲到已制備好的負極片上,針頭直徑為0.2毫米,紡絲電壓為100伏,針頭到負極片的距離為25厘米,電紡絲0.2小時,然后經過90℃烘箱預烘干,再經過輥壓機輥壓,壓強為3兆帕,速度為1米/分鐘,輥壓1分鐘,控制聚酰胺酸納米纖維膜厚度為5微米,在真空下加熱將聚酰胺酸轉化為聚酰亞胺,加熱的溫度為100℃下保持2小時,200℃下保持2小時,250℃下保持0.5小時,得到具有聚酰亞胺納米纖維膜的鋰離子電池用復合負極片。鋰離子電池的制備方法同實施例一。鋰離子電池用復合負極片,由負極片和直接復合在負極片表面的隔膜組成,負極片由集流體和涂覆在集流體表面的負極活性材料組成,隔膜為聚酰亞胺納米纖維膜。聚酰亞胺納米纖維膜的厚度為5μm。聚酰亞胺納米纖維膜的孔隙率為50%,孔徑為0.1μm。對比例一鋰離子電池的制備方法(1)負極片制備將200克負極活性物質人造石墨、3克粘結劑丁苯橡膠(SBR)和3克羧甲基纖維素(CMC)的混合物加入到200克水中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的漿料。將該漿料均勻地涂布在9微米的銅箔的兩面,控制涂布的面密度為17.8毫克/平方厘米,然后在100℃下烘干,輥壓制得厚度為120微米的負極片。(2)正極片制備將200克正極活性物質LiCoO2、4克粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克導電劑乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的正極漿料。將該漿料均勻的涂布在16微米的鋁箔上,控制涂布的面密度為34毫克/平方厘米,然后120℃下烘干、輥壓、裁切為392毫米X78毫米的正極片,其中含有11.5克活性成份LiCoO2。隔膜采用商業(yè)化的聚烯烴隔膜Celgard2400(單層聚丙烯薄膜),然后將隔膜與正負極極片卷繞,經組裝封裝后注液、密封,最后活化并進行性能檢驗,制得鋰離子電池。對比例二鋰離子電池的制備方法(1)鋰離子電池用復合負極片制備第一步負極片制備方法將200克負極活性物質人造石墨、3克粘結劑丁苯橡膠(SBR)和3克羧甲基纖維素(CMC)的混合物加入到200克水中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的漿料。將該漿料均勻地涂布在9微米的銅箔的兩面,控制涂布的面密度為17.8毫克/平方厘米,然后在100℃下烘干,輥壓制得厚度為120微米的負極片。第二步水性聚合物膠體乳液的合成聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液中加入親油性單體苯乙烯(St)/丙烯酸丁酯(Ba)/丙烯腈單體(AN)在水相中進行三元共聚,其共聚組成為PVP∶St∶Ba∶AN=10∶2∶4∶2(重量比)。該水性聚合物膠體乳液采用分步聚合:在冷凝水的四口反應容器中,加入1000份蒸餾水和100份聚乙烯基吡咯烷酮,反應釜升溫到90℃,攪拌溶解至物料呈透明狀時,加入20份親油性單體苯乙烯和2份過硫酸銨引發(fā)劑,反應20小時,變白色乳液,加入40份丙烯酸丁酯繼續(xù)反應2小時,再加入20份丙烯腈單體,并補加1.5份過硫酸銨引發(fā)劑繼續(xù)聚合12小時,即得到水性聚合物膠體乳液。第三步漿料制備制得的水性聚合物膠體乳液加入15份白碳黑和100份磷酸三乙酯增塑劑,球磨5小時,制得水性聚合物漿料。第四步涂覆采用涂布設備將水性聚合物漿料涂覆在已制備好的銅箔負極片上,再通過100℃的熱風和紅外輻照的烘道揮發(fā)水分和增塑劑,即得到具有聚合物涂層的鋰離子電池用復合負極片。(2)正極片制備將200克正極活性物質LiCoO2、4克粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)、6克導電劑乙炔黑的混合物加入到40克N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中,然后在真空攪拌機中攪拌形成均勻的正極漿料。將該漿料均勻的涂布在16微米的鋁箔上,控制涂布的面密度為34毫克/平方厘米,然后120℃下烘干、輥壓、裁切為392毫米X78毫米的正極片,其中含有11.5克活性成份LiCoO2。將此鋰離子電池用復合負極片和正極片,經組裝封裝后注液、密封,最后活化并進行性能檢驗,制得鋰離子電池。以上實施例和對比例中制得的鋰離子電池為實驗電池,用于下述效果實施例性能測試。效果實施例為對本發(fā)明實施例技術方案帶來的有益效果進行有力支持,特提供以下性能測試:1.過充電測試測試方法如下:將鋰離子電池用1C(1.6A)電流充電到100%充電態(tài),再用3C(4.8A)電流充電到10V恒壓2小時,觀察鋰離子電池是否起火或爆炸。2.180℃熱沖擊測試方法如下:將鋰離子電池用1C(1.6A)電流充電到100%充電態(tài),放置在烘箱中,烘箱溫度以5℃從室溫升高到150℃并保持10分鐘,未出現短路情況時繼續(xù)以5℃升高至180℃并保持10分鐘,觀察鋰離子電池是否出現短路。其中鋰離子電池電壓跌落大于0.2伏視為短路。3.短路安全試驗測試方法如下:將鋰離子電池用1C(1.6A)電流充電到100%充電態(tài),以5毫米/秒的速度使直徑2.7毫米的鐵制圓形釘子穿透鋰離子電池主體,并監(jiān)控鋰離子電池表面的溫度及是否起火和爆炸。4.充放電循環(huán)測試測試方法如下:1C(1.6A)電流充電到4.2伏,再恒壓至電流小于80毫安,1C(1.6A)電流放電到3.0伏,如此重復充放電,并且獲得第500次放電容量與初始放電容量的比值。以上實施例和對比例中制得的鋰離子電池的性能測試結果如表1所示。表1.實施例和對比例中制得的鋰離子電池的性能測試結果由表1測試結果可看出:本發(fā)明實施例鋰離子電池用復合負極片制得的鋰離子電池較對比例制得的鋰離子電池具有更高的耐熱性、更好的安全性能和更好的循環(huán)性能。其結果分析如下:本發(fā)明實施例鋰離子電池用復合負極片復合有聚酰亞胺納米纖維膜,可以承受高溫熱沖擊,同時在內部局部短路條件下不發(fā)生熱失控,鋰離子電池用復合負極片在卷繞組裝過程中不產生拉伸應力,循環(huán)過程中不會導致電芯變形引起內阻增大,所以循環(huán)性能更好。
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