一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體的說(shuō)是通過(guò)一種新的制備負(fù)極極片的方法制備 出高比能量密度的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命好、環(huán)境友好而應(yīng)用于通訊、數(shù)碼、電動(dòng)汽 車等領(lǐng)域。而目前提高鋰離子電池能量密度的方法主要有：1)提高材料的壓實(shí)密度;2)選擇 高容量的正負(fù)極材料;3)選擇高電壓電解液;4)通過(guò)優(yōu)化電池設(shè)計(jì)、工藝配方;5)選擇更薄 集流體;而方法（1-4)在目前的條件下很難有大的提高，而方法(5)的改善措施無(wú)非是選擇 更薄的錯(cuò)箱（15μηι)和銅箱(8μπι)以實(shí)現(xiàn)其能量密度的提高。而國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)負(fù)極集流體采 用銅箱，其存在自身密度大，無(wú)孔隙及其粘附力差等缺陷，影響其能量密度的進(jìn)一步提高。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)很少采用泡沫鎳作為負(fù)極集流體制備出鋰離子電池負(fù)極極片以提高鋰 離子電池的能量密度。比如專利CN104659332 A公開(kāi)了一種高倍率磷酸鐵鋰電池正極及其 制造方法，電極的集流體主體為具有三維導(dǎo)電骨架結(jié)構(gòu)的通孔泡沫鎳，泡沫鎳導(dǎo)電骨架表 面涂覆有可電子導(dǎo)電的保護(hù)層，其制備出的電極存在與電解液相容性差、安全性能差及其 倍率性能差的問(wèn)題，影響其推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明正是基于目前鋰離子電池所用集流體孔隙率低、粘附力差及其自身密度大 的缺點(diǎn)，通過(guò)改變集流體以提高鋰離子電池的能量密度，并兼顧鋰離子電池的循環(huán)性能的 一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電池的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電 池的制備方法，以重量份計(jì)，包括以下步驟： 1 )、負(fù)極高粘度漿料制備:稱取石墨、活性炭、石墨烯在三維混料機(jī)中混合均勻后，添加 LA133水性粘結(jié)劑，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均勻得到高粘度負(fù)極漿料;所述的石墨:活性 炭:石墨烯:LA133粘結(jié)劑的比例為100:10~50:1~10:5~20; 2) 改性泡沫鎳制備:選取孔隙率為80%-90%的泡沫鎳并作為陰極，0.1mol/L的碳酸鋰 和氯化銅混合溶液:體積比1:1為電解液，鉑電極為陽(yáng)極，采用電化學(xué)法在泡沫鎳上電沉積 一層高導(dǎo)電、耐腐蝕的物質(zhì)得到改性泡沫鎳； 3) 、將步驟1)中的高粘度負(fù)極漿料通過(guò)靜態(tài)狀態(tài)下采用輥壓機(jī)壓制在步驟2)的改性泡 沫鎳上，其中壓制溫度為80°C，壓力為2Mpa、壓制時(shí)間為5min，制備出負(fù)極極片，再通過(guò)噴涂 技術(shù)將濃度為〇.4/1111的穩(wěn)定液 :1^4102、苯基鋰、氯仿的比例為5~15:1~5:100噴涂在負(fù)極 極片表面，經(jīng)過(guò)極片干燥，切片、疊片得到高比容量鋰離子電池。
[0006] 所述的輥壓機(jī)壓制方法為：首先將高粘度負(fù)極材料涂覆在改性泡沫鎳的表面，在 壓制溫度為(50~100) °C、壓力位0.5~5Mpa、壓制時(shí)間卜10分鐘;制備出負(fù)極極片。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：1)本發(fā)明中由于采用了導(dǎo)電保護(hù)涂層涂覆鎳骨架表面，一方 面隔離了電解液對(duì)鎳表面非理想潔凈狀態(tài)的浸蝕，同時(shí)由于保護(hù)涂層中粘接劑與電池正極 活性物質(zhì)相容性較好，有效降低了電極活性物質(zhì)和集流體的接觸內(nèi)阻，提高了電極的綜合 性能，同時(shí)泡沫鎳表面鍍有含有鋰離子的物質(zhì)，可以提高在充放電過(guò)程中鋰離子的傳輸速 率。2)米用尚粘負(fù)極衆(zhòng)料，并壓制在多孔泡沫銀上，可以提尚活性材料在極片占有比率，從 而提高其極片體積能量密度，同時(shí)由于泡沫鎳的密度小于市場(chǎng)上常用的銅箱，從而又可以 提高極片的質(zhì)量能量密度。同時(shí)高粘度負(fù)極材料中具有導(dǎo)電性高的石墨烯，吸液保液能力 強(qiáng)的活性炭又可以提高鋰離子電池的循環(huán)性能。3)在極片表面噴涂一層安全穩(wěn)定液 LiAl〇2,提尚其裡尚子的傳輸速率和提尚其異常狀況下的安全性能。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是實(shí)施例1制備出的負(fù)極極片SEM圖片。
[0009]圖2是實(shí)施例與對(duì)比例的循環(huán)曲線比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] -種高比能量鋰離子電池極片及其鋰離子電池的制備方法，電池的集流體采用改 性三維結(jié)構(gòu)泡沫鎳，同時(shí)制備出高粘復(fù)合負(fù)極材料，通過(guò)輯壓機(jī)采用一定的壓制方式將高 粘復(fù)合負(fù)極材料壓制在改性泡沫鎳上，干燥完畢后，在其表面噴涂穩(wěn)定液，之后再經(jīng)過(guò)干 燥，切片、疊片等工序制備出高比容量鋰離子電池。
[0011] 實(shí)施例1: 1、 負(fù)極高粘度漿料制備:稱取1000 g石墨、300g活性炭、50g石墨烯在三維混料機(jī)混合均 勻后，添加 LAl 33水性粘結(jié)劑I OOg，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均勻得到負(fù)極漿料； 2、 改性泡沫鎳制備:選取孔隙率為85%的泡沫鎳并作為陰極，O.lmol/L的碳酸鋰和氯化 銅混合溶液(體積比1:1)為電解液，鉑電極為陽(yáng)極，采用電化學(xué)法在泡沫鎳上電沉積一層高 導(dǎo)電、耐腐蝕的物質(zhì)得到改性泡沫鎳； 3、 之后將步驟1中的負(fù)極漿料通過(guò)靜態(tài)狀態(tài)下采用輥壓機(jī)壓制在步驟2改性泡沫鎳上， 其中壓制溫度為80°C、壓力位2Mpa、壓制時(shí)間5min，制備出負(fù)極極片，之后通過(guò)噴涂技術(shù)將 穩(wěn)定液（比例為L(zhǎng)iAlO 2,苯基鋰、氯仿=1(^:38:10(^，濃度為0.4/1111)噴涂在其負(fù)極極片表 面，經(jīng)過(guò)極片干燥、切片、疊片最后得到負(fù)極極片。
[0012] 實(shí)施例2: 1、 負(fù)極高粘度漿料制備:稱取1000 g石墨、100g活性炭、IOg石墨烯在三維混料機(jī)混合均 勻后，添加 LA133水性粘結(jié)劑50g，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均勻得到負(fù)極漿料； 2、 改性泡沫鎳制備:選取孔隙率為80%的泡沫鎳并作為陰極，O.lmol/L的碳酸鋰和氯化 銅混合溶液(體積比1:1)為電解液，鉑電極為陽(yáng)極，采用電化學(xué)法在泡沫鎳上電沉積一層高 導(dǎo)電、耐腐蝕的物質(zhì)得到改性泡沫鎳； 3、 之后將步驟1中的負(fù)極漿料通過(guò)靜態(tài)狀態(tài)下采用輥壓機(jī)壓制在步驟2改性泡沫鎳上， 其中壓制溫度為50 °C，壓力位0.5Mpa壓制時(shí)間IOmin，制備出負(fù)極極片，之后通過(guò)噴涂技術(shù) 將穩(wěn)定液（比例為L(zhǎng)iAlO2,苯基鋰、氯仿=10g :3g:100g，濃度為0.1g/ml)噴涂在其負(fù)極極片 表面，之后經(jīng)過(guò)極片干燥，切片最后得到負(fù)極極片。
[0013] 實(shí)施例3: I、負(fù)極高粘度漿料制備：制備稱取1000 g石墨、500g活性炭、100g石墨烯在三維混料機(jī) 混合均勻后，添加 LA133水性粘結(jié)劑200g，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均勻得到負(fù)極漿料； 2) 改性泡沫鎳制備:選取孔隙率為90%的泡沫鎳并作為陰極，O.lmol/L的碳酸鋰和氯化 銅混合溶液(體積比1:1)為電解液，鉑電極為陽(yáng)極，采用電化學(xué)法在泡沫鎳上電沉積一層高 導(dǎo)電、耐腐蝕的物質(zhì)得到改性泡沫鎳； 3) 之后將步驟1中的負(fù)極漿料通過(guò)靜態(tài)狀態(tài)下采用輥壓機(jī)壓制在步驟2改性泡沫鎳上， 其中壓制溫度為l〇〇°C，壓力位5Mpa壓制時(shí)間lmin，制備出負(fù)極極片，之后通過(guò)噴涂技術(shù)將 穩(wěn)定液（比例為L(zhǎng)iAlO 2,苯基鋰、氯仿=1(^:38:10(^，濃度為0.4/1111)噴涂在其負(fù)極極片表 面，之后經(jīng)過(guò)極片干燥，切片最后得到負(fù)極極片。
[0014] 對(duì)比例： 首先稱取1000 g石墨、50g石墨烯、LA133水性粘結(jié)劑100g，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均 勻得到負(fù)極漿料;之后通過(guò)涂布機(jī)將漿料涂覆在銅箱集流體上，之后干燥、切片得到負(fù)極極 片。
[0015]電化學(xué)性能測(cè)試： 分別以對(duì)比負(fù)極極片及實(shí)施例1-3中制得的鋰離子電池負(fù)極極片作為負(fù)極材料，以磷 酸鐵鋰材料為正極材料，電解液使用LiPF6為電解質(zhì)，濃度為1.3mol/L，體積比為1:1的EC和 DEC為溶劑，隔膜使用Celgard 2400膜，利用現(xiàn)有技術(shù)制備出5Ah軟包電池，之后測(cè)試其極片 的粘附力及其軟包電池直流內(nèi)阻、循環(huán)壽命及其安全性能。
[0016]測(cè)試方法如下： 1)粘附力測(cè)試:選取5mm X 30mm負(fù)極極片粘貼于3M膠帶上，之后采用萬(wàn)能拉力機(jī)測(cè)試其 極片的粘附力。
[0017] 2)直流內(nèi)阻測(cè)試：取實(shí)施例1~2及對(duì)比例制備的鋰離子電池，測(cè)試方法：參考 《FreedomCAR電池測(cè)試手冊(cè)》，結(jié)果見(jiàn)下表1 〇
[0018] 3)針刺短路試驗(yàn):取實(shí)施例1~2及對(duì)比例制備的鋰離子電池，測(cè)試方法:見(jiàn)UL2054 安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果見(jiàn)下表1。
[0019] 表1實(shí)施例及對(duì)比例制備鋰離子電池性能比較
由表1可以看出，實(shí)施例的直流內(nèi)阻小于對(duì)比例，其原因?yàn)楦男耘菽嚺c活性物質(zhì)的接 觸面積增大，造成鋰離子電池的電阻減小，同時(shí)由于在泡沫鎳表面電鍍一層保護(hù)膜可以降 低電解液長(zhǎng)期泡沫鎳的腐蝕，從而有利于電池循環(huán)壽命的提高。并且泡沫鎳較大的孔隙率 可以容納更多的活性物質(zhì)，從而又可以提高鋰離子電池的能量密度。在負(fù)極極片涂覆一層 LiAlO2復(fù)合導(dǎo)電液又可以提高鋰離子電池的安全性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電池的制備方法，以重量份計(jì)，包括以下步驟：1) 負(fù)極高粘度漿料制備;2)改性泡沫鎳制備、3)壓制;其特征在于： 1 )、負(fù)極高粘度漿料制備:稱取石墨、活性炭、石墨烯在三維混料機(jī)中混合均勻后，添加 LA133水性粘結(jié)劑，并在高粘度攪拌機(jī)中攪拌均勻得到高粘度負(fù)極漿料;所述的石墨:活性 炭:石墨烯:LA133粘結(jié)劑的比例為100:10~50:1~10:5~20; 2) 、改性泡沫鎳制備:選取孔隙率為80%-90%的泡沫鎳并作為陰極，0. lmol/L的碳酸鋰 和氯化銅混合溶液:體積比1:1為電解液，鉑電極為陽(yáng)極，采用電化學(xué)法在泡沫鎳上電沉積 一層高導(dǎo)電、耐腐蝕的物質(zhì)得到改性泡沫鎳； 3) 、壓制：將步驟1)中的高粘度負(fù)極漿料通過(guò)靜態(tài)狀態(tài)下采用輥壓機(jī)壓制在步驟2)的 改性泡沫鎳上，其中壓制溫度為80°C，壓力為2Mpa、壓制時(shí)間為5min，制備出負(fù)極極片，再通 過(guò)噴涂技術(shù)將濃度為〇. lg/ml的穩(wěn)定液:LiA102、苯基鋰、氯仿的比例為5~15:1~5:100噴涂 在負(fù)極極片表面，經(jīng)過(guò)極片干燥，切片、疊片得到高比容量鋰離子電池。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電池的制備方法，其特征 在于:所述的步驟3)輥壓機(jī)壓制方法為:首先將高粘度負(fù)極材料涂覆在改性泡沫鎳的表面， 在壓制溫度為(50~100) °C、壓力位0.5~5Mpa、壓制時(shí)間1~10分鐘;制備出負(fù)極極片。
【專利摘要】<b></b>一種高比能量負(fù)極極片及其鋰離子電池的制備方法，以重量份計(jì)，包括以下步驟：1）負(fù)極高粘度漿料制備；2）改性泡沫鎳制備、3）壓制。本發(fā)明，有效降低了電極活性物質(zhì)和集流體的接觸內(nèi)阻，提高了電極的綜合性能，同時(shí)泡沫鎳表面鍍有含有鋰離子的物質(zhì)，可以提高在充放電過(guò)程中鋰離子的傳輸速率。具有能量密度高、吸液能力強(qiáng)、粘附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于數(shù)碼領(lǐng)域所用鋰離子電池。
【IPC分類】H01M4/1393, H01M4/04, H01M10/058, H01M4/66
【公開(kāi)號(hào)】CN105591070
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610147832
【發(fā)明人】丁建民
【申請(qǐng)人】江蘇樂(lè)能電池股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日