一种用于锂电池负极的泡沫石墨片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，包括如下步骤：1)将石墨粉体、碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比(0.1～0.5)：(0.1～0.8)：(0.02～0.1)分散在溶剂中，得到石墨浆料；2)将石墨浆料涂覆在基板上，在1300～1500℃下进行干燥处理，待碳酸锂气化后，在基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的基板浸泡在溶液中，待基板溶解后，对泡沫石墨碳层进行后处理得到泡沫石墨片。本发明专利技术通过在石墨粉体中加入碳酸锂颗粒和聚偏氟乙烯，可以增强泡沫石墨片的强度和韧性；而通过采用碳酸锂气化占位的方式则能够提高石墨片层的孔隙率，进而提升负极对电解液的吸收能力和锂离子电池的能量密度。

Foam graphite sheet for lithium battery negative electrode and preparation method thereof

The invention discloses a method for preparing a foam graphite sheet for a lithium battery negative electrode, which comprises the following steps: 1) dispersing graphite powder, lithium carbonate particles and polyvinylidene fluoride by mass ratio (0.1 to 0.5): (0.1 to 0.8): (0.02 to 0.1) dispersed in solvent, obtaining graphite paste; 2) coating graphite paste on the substrate, drying at 1300~1500 degrees Celsius, and vaporizing after lithium carbonate is vaporized. A foam graphite carbon layer is formed on the substrate; 3) soaking the substrate coated with foam graphite carbon layer in the solution, after the substrate is dissolved, the foam graphite carbon layer is processed to obtain the foam graphite sheet. By adding lithium carbonate particles and polyvinylidene fluoride into graphite powder, the strength and toughness of the foam graphite sheet can be enhanced, and the porosity of the graphite sheet layer can be enhanced by adopting the lithium carbonate gasification placeholder, thereby enhancing the absorption capacity of the negative electrode to the electrolyte and the energy density of the lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池负极的泡沫石墨片及其制备方法
本专利技术涉及石墨片
，尤其涉及一种用于锂电池负极的泡沫石墨片及其制备方法。
技术介绍
随着科技的进步，移动设备的应用越来越广泛。由于移动设备的快速增长，因此对高能量密度电池形成大量需求。负极材料是锂离子电池的关键组成部分，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标，未来的锂离子电池负极材料必须向高容量方向发展，才能解决现有电池能量密度低的问题。目前商业化的负极活性材料以石墨为主，提高其能量密度的方法主要有提高石墨化度来增加锂离子嵌入的位置和提高负极极片的压实密度。石墨化度的增加会减小石墨的层间距，导致锂离子在负极极片中嵌入和脱出的极化增大问题。负极极片的压实密度过高会使负极极片孔隙降低，大大减弱了负极极片对电解液的吸收能力，增加了锂离子电池在低温和大倍率充放电过程中的极化。业内已经对高压实密度的工艺进行了改善，例如中国专利申请公开号CN102195029A公开了一种锂离子电池及其负极极片，其采用复合石墨层工艺，但这种工艺在一定程度上还是降低了锂离子电池的能量密度。有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种孔隙率高、强度高、韧性好的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，包括如下步骤：1)将石墨粉体、碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比(0.1～0.5)：(0.1～0.8)：(0.02～0.1)分散在溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在基板上，在1300～1500℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的基板浸泡在溶液中，待所述基板溶解后，对泡沫石墨碳层进行后处理得到泡沫石墨片。优选地，步骤1)中，所述碳酸锂颗粒的粒径为0.1～10μm。碳酸锂的颗粒粒径将直接决定石墨片层孔隙的大小，因此其粒径需要控制在合适的范围内。若其粒径过小，将会影响孔隙的形成；若其粒径过大，将会影响石墨片层的结构稳定性。优选地，步骤1)中，所述石墨粉体的粒径为0.2～5μm。优选地，步骤1)中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种。优选地，步骤2)中，所述干燥处理的温度为1350～1450℃。其中，干燥处理的温度至关重要，若温度过低，无法达到碳酸锂的分解温度或导致碳酸锂分解不完全，会影响泡沫石墨片的孔隙率；若温度过高，可能会影响石墨碳层的稳定结构，因此，需要将温度控制在合适的范围内。优选地，步骤2)中，所述石墨浆料采用分层涂布的方式涂布在所述基板上，设涂层数为N，且N≥2，其中第N层中的碳酸锂颗粒的粒径大于第N-1层中的碳酸锂颗粒的粒径。通过采用多层涂布的方式且使后涂布层的碳酸锂颗粒粒径大于前涂布层的碳酸锂颗粒粒径，这样在碳酸锂颗粒气化后，使石墨碳层的孔径大小从远离基板方向形成从小到大的梯度分布结构。这样既有利于锂离子的快速脱嵌，提高电池的倍率性能，同时又能在一定程度上防止负极片的膨胀变形。优选地，步骤2)中，所述基板为铜箔或铝箔。优选地，步骤3)中，所述溶液为三氯化铁溶液、硝酸银溶液及硫酸汞溶液中的任一种；其中，三氯化铁溶液的浓度为1～3mol/L；硝酸银溶液的浓度为2～5mol/L；硫酸汞溶液的浓度为2～5mol/L。优选地，步骤3)中，所述对泡沫石墨碳层进行后处理的步骤包括：采用去离子水对所述泡沫石墨碳层清洗后，进行烘干处理。此外，本专利技术还提供一种用于锂电池负极的泡沫石墨片，所述泡沫石墨片由上述任一段所述的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法制备而成。相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供的泡沫石墨片的制备方法通过在石墨粉体中加入碳酸锂颗粒和聚偏氟乙烯(PVDF)，可以增强泡沫石墨片的强度和韧性；并且通过采用在基板上涂覆由石墨粉体、碳酸锂颗粒和PVDF溶于溶剂中制成的石墨浆料，使石墨浆料涂布在基板上进行热干燥处理，使碳酸锂气化形成泡沫石墨碳层，再将基板除去的方法制备泡沫石墨片层，这种制备方法能很好地克服了泡沫石墨片易碎的特点，大大提高了泡沫石墨片的强度和韧性，也为制备柔性的锂离子电池提供了可能；而通过采用碳酸锂气化占位的方式则能够大大提高石墨片层的孔隙率，进而有效提升负极片对电解液的吸收能力和锂离子电池的能量密度，且本专利技术的制备方法工艺简单，操作容易，成本低，适于企业规模化生产。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种用于锂电池负极的泡沫石墨片，其制备方法包括如下步骤：1)将粒径为0.2μm的石墨粉体、粒径为0.1μm的碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比0.1：0.1：0.02分散在N-甲基吡咯烷酮溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在铜箔基板上，在1300℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在铜箔基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的铜箔基板浸泡在浓度为2mol/L的三氯化铁溶液中，待所述铜箔基板溶解后，采用去离子水对所述泡沫石墨碳层清洗后，进行烘干处理，得到泡沫石墨片。实施例2一种用于锂电池负极的泡沫石墨片，其制备方法包括如下步骤：1)将粒径为5μm的石墨粉体、粒径为10μm的碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比0.5：0.8：0.1分散在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在铜箔基板上，在1500℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在铜箔基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的铜箔基板浸泡在浓度为3.5mol/L的硝酸银溶液中，待所述铜箔基板溶解后，采用去离子水对所述泡沫石墨碳层清洗后，进行烘干处理，得到泡沫石墨片。实施例3一种用于锂电池负极的泡沫石墨片，其制备方法包括如下步骤：1)将粒径为2μm的石墨粉体、粒径为5μm的碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比0.3：0.5：0.06分散在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在铜箔基板上，在1350℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在铜箔基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的铜箔基板浸泡在浓度为3.5mol/L的硫酸汞溶液中，待所述铜箔基板溶解后，采用去离子水对所述泡沫石墨碳层清洗后，进行烘干处理，得到泡沫石墨片。实施例4一种用于锂电池负极的泡沫石墨片，其制备方法包括如下步骤：1)将粒径为1μm的石墨粉体、粒径为2.5～5μm的碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比0.2：0.3：0.04分散在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料采用分层涂布的方式涂布在所述铜箔基板上，其中涂层数为2层，第2层中的碳酸锂颗粒的粒径大于第1层中的碳酸锂颗粒的粒径，在1450℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在铜箔基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的铜箔基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将石墨粉体、碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比(0.1～0.5)：(0.1～0.8)：(0.02～0.1)分散在溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在基板上，在1300～1500℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的基板浸泡在溶液中，待所述基板溶解后，对泡沫石墨碳层进行后处理得到泡沫石墨片。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将石墨粉体、碳酸锂颗粒与聚偏氟乙烯按质量比(0.1～0.5)：(0.1～0.8)：(0.02～0.1)分散在溶剂中，得到石墨浆料；2)将所述石墨浆料涂覆在基板上，在1300～1500℃的温度条件下进行干燥处理，待所述碳酸锂气化后，在基板上形成泡沫石墨碳层；3)将涂覆有泡沫石墨碳层的基板浸泡在溶液中，待所述基板溶解后，对泡沫石墨碳层进行后处理得到泡沫石墨片。2.根据权利要求1所述的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述碳酸锂颗粒的粒径为0.1～10μm。3.根据权利要求1所述的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述石墨粉体的粒径为0.2～5μm。4.根据权利要求1所述的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。5.根据权利要求1所述的用于锂电池负极的泡沫石墨片的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述干燥处理的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱全红，施立毛，周招团，
申请(专利权)人：东莞市鸿亿导热材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44