一种柔性锂离子电池负极及其制作方法技术

一种柔性锂离子电池负极及其制作方法，其特征是：将锂离子电池负极材料、导电剂和PTFE用低沸点的溶剂混合均匀形成浆料，并经干燥得到粉状混合物，后用一种高沸点溶剂将粉状混合物适量分散,压制得到含高沸点溶剂的电极薄膜，再将此电极薄膜充分干燥并即得柔性电极。上述措施有效降低了电极的极化程度和阻抗，使电极的嵌锂过程更加均匀，有效抑制了析锂反应的发生。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术设计锂离子电池领域，尤其涉及。
技术介绍
在电池原材料日趋成熟的今天，随着市场对于锂离子电池的性能要求的不断提高，用户要求锂离子电池的能量密度更高，特别是在可充电扣式锂离子电池领域。制造厂家针对以上客户要求，不断进行技术改进，提高锂离子电池能量密度和电化学性能的一个有效方法是减少电池的无效空间，来增加活性物质(正负极材料)的填充量，这样有制造商将扣式可充电锂离子电池内芯传统的卷绕型结构变更为三明治结构，此举将电极结构由多层变单层，减少了集流体的体积，同时电极截面积由内切方形变为同心圆，可将扣式可充电锂离子电池的容量一举提升达30~80%以上。但三明治结构的电芯带来了负极厚度的激增，一般达到0.6mm以上，是传统卷绕电极单层涂布厚度的8倍以上，由于锂电池传统碳负极材料的嵌锂动力学缓慢，对卷绕结构的电极而言常规的充电倍率变为三明治结构的高倍率，同时电极的增厚更加重了反应过程的滞后，因此常规方法制造的三明治结构的负极电解液传质效率较低，充电时存在表面过充而内部欠充的现象，在常规倍率充电时存在表面严重析锂的危险，析锂轻则导致电池短路发热失效，重则有热失控爆炸的危险，这大大限制了三明治结构锂离子可充电电池的应用。如何在保证导电率的同时提高电极的孔隙率，是一个迫切需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了，孔隙率可通过高沸点分散剂的含量进行控制，大大增加了电极的有效比表面积，提高了锂离子负极反应的传质速率，因此表面析锂的现象得到了有效的控制，同时此柔性电极无需添加额外的导电骨架或集流体即能保证电极的强度，为三明治电极结构的可充电锂离子电池的规模应用扫清了一大障碍， 为实现上述目的，本专利技术的技术方案为: 一种柔性锂离子电池负极，其特征是:将锂离子电池负极材料、导电剂和PTFE用低沸点的溶剂混合均匀形成浆料，并经干燥得到粉状混合物，后用一种高沸点溶剂将粉状混合物适量分散，压制得到含高沸点溶剂的电极薄膜，再将此电极薄膜充分干燥并即得柔性电极。其特征是:包括如下制备步骤: 步骤(1)楽料的制备； 将导电剂加入到低沸点溶剂中，在常规的行星式真空搅拌机中以500~4000rpm的高速分散搅拌5~60min后得到导电浆料，在此导电浆料中加入锂离子电池负极材料继续高速分散使浆料混合均匀，将浆料温度冷却至10~25°C范围内再加入PTFE乳液高速搅拌5~30min ;维持搅拌并将浆料加热至30~70°C，充分混合均匀30~300min即得到混合物浆料； 步骤(2)浆料的干燥； 将混合后的浆料用常压鼓风干燥、真空干燥或离心干燥一种或几种的方式充分干燥，干燥温度50~120°C，得到粉状混合物； 步骤(3)柔性电极的制备； 将干燥后的粉状混合物加入高沸点溶剂中，在多功能搅拌器中低速30~120rpm分散搅拌得到泥团状物质，将此物质在高沸点溶剂蒸汽压饱和的气氛中经对辊机反复对辊碾压，得到一定厚度的柔韧性充分的电极，将此电极薄膜常规抽真空干燥，干燥温度120~160°C，充分干燥后用对辊机对辊至工艺厚度即得多孔的柔性负极。其特征是: 步骤(1)中所述的导电剂为导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维或碳纳米管中的一种或几种； 步骤(1)中所述混合活性物质和导电剂的低沸点溶剂为无水乙醇或无水乙醇与去离子水的混合溶剂，其中混合溶剂中乙醇的含量不低于20% ； 步骤(1)中所述的锂离子电池负极材料为人造石墨、天然石墨、中间相炭微球中的一种或几种； 步骤(1)所述PTFE乳液中的固含量质量分数为5~70% ; 步骤(1)中所述的混合物浆料中的低沸点溶剂的含量为20%~80% ; 步骤(3)中所述的高沸点溶剂为NMP、PC中的一种或两种； 步骤(3)中所述干燥前电极膜的厚度与干燥后对辊的最终厚度比为1.15-1.03:1，亦即干燥后的电极对辊时的压缩比不高于15% ; 步骤(3)中泥团状物质中高沸点溶剂的体积含量比为10%~60% ； 4、根据权利要求2所述的一种柔性锂离子电池负极，其特征是:制成的电池负极中PTFE的含量为1%~10%，导电剂的含量为0.5%~20%，活性物质含量为70%~98.5%。其特征是:将1份质量的superP导电剂加入到15份质量的低沸点溶剂无水乙醇中，用行星式搅拌机以2000rpm的高速分散30min形成均匀的导电浆料，然后加入8.4份质量的锂离子电池用负极活性物质人造石墨，继续以同样的搅拌速度均匀搅拌60min后得到的含活性物质和导电剂的浆料，再加入一份质量的60%固含量的PTFE乳液，使活性物质:导电剂:ptfe的固体质量比为84%:10%:6%，再次进行高速分散lOmin后打开搅拌机的加热功能，使浆料温度升温至60°C，搅拌60min后待用； 将制得的浆料倾倒于平板加热盘中，置于真空干燥箱中，缓慢抽真空至-0.1MPa并加热至80°C，使浆料中的无水乙醇挥发完全，得到干燥的粉末状材料； 将此粉末状材料中加入1.3倍质量的高沸点溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)，用多功能搅拌器低速60rpm的速度剪辑搅拌至混合物呈团料状，将此团料用对辊机对辊并反复对折碾压，使ptfe再次纤维化，直至物料粘接牢固表面光滑后对辊至0.40mm厚度，形成含NMP的电极膜片，将此膜片平铺于网状干燥盘中，抽真空180°C使电极中的NMP完全去除； 将干燥后的电极膜片用对辊机进行整平，对辊至0.38mm即得到合格的多孔的柔性电池负极极片。其特征是:将1份质量的superP导电剂加入到15份质量的含50%无水乙醇的去离子水中，用行星式搅拌机以2500rpm的高速分散30min形成均匀的导电浆料后加入8.4份质量的锂离子电池用负极活性物质中间相碳微球MCMB，继续以同样的搅拌速度均匀搅拌60min后得到的含活性物质和导电剂的浆料，再加入一份质量的60%固含量的PTFE乳液，使活性物质:导电剂:ptfe的固体质量比为84%:10%:6%，再次进行高速分散lOmin后打开搅拌机的加热功能，使浆料温度升温至60°C，搅拌60min后待用； 将制得的浆料倾倒于平板加热盘中，置于真空干燥箱中，缓慢抽真空至-0.1MPa并加热至110°C，使浆料中的无水乙醇水溶液挥发完全，得到干燥的粉末状材料； 将此粉末状材料中加入1.3倍质量的高沸点溶剂碳酸丙烯酯(PC)，用多功能搅拌器低速60rpm的速度剪辑搅拌至混合物呈团料状，将此团料用对辊机对辊并反复对折碾压，使ptfe再次纤维化，直至物料粘接牢固表面光滑后对辊至0.40mm厚度，形成含PC的电极膜片，将此膜片平铺于网状干燥盘中，抽真空180°C使电极中的PC完全去除； 将干燥后的电极膜片用对辊机进行整平，对辊至0.38mm即得到合格的多孔的柔性电池负极极片。一种柔性锂离子电池负极的制作方法，其特征是: 步骤(1)楽料的制备； 将导电剂加入到低沸点溶剂中，在常规的行星式真空搅拌机中以500~4000rpm的高速分散搅拌5~60min后得到导电浆料，在此导电浆料中加入锂离子电池负极材料继续高速分散使浆料混合均匀，将浆料温度冷却至10~25°C范围内再加入PTFE乳液高速搅拌5~30min ;维持搅拌并将浆料加热至30~70°C，充分混合均匀30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性锂离子电池负极，其特征是：将锂离子电池负极材料、导电剂和PTFE用低沸点的溶剂混合均匀形成浆料，并经干燥得到粉状混合物，后用一种高沸点溶剂将粉状混合物适量分散,压制得到含高沸点溶剂的电极薄膜，再将此电极薄膜充分干燥并即得柔性电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠群，唐廎，李青海，孙杰，
申请(专利权)人：山东润昇电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37