氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法及在电池领域中的应用技术

本发明专利技术公开了一种氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法及在电池领域中的应用，电池电极的制备方法包括步骤：将浆料涂覆在集流体上，在烘箱内烘干后得到硅基负极电极片。通将射频电源加在聚四氟乙烯靶上预溅射10min去除表面杂质，开始对送样室中的硅电极片进行溅射，每溅射十分钟即冷却二十分钟，溅射一定时长后取出得到聚四氟乙烯镀膜改性后电极片。将得到的氟化聚合物修饰的电极片裁减为圆片，组装电池，加入电解液，隔膜后得到电池。制备过程中使用聚四氟乙烯靶材，降低了电极片的处理成本；操作简单，进一步推广了硅基电极片材料的应用。

【技术实现步骤摘要】
氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法及在电池领域中的应用
本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法及在电池领域中的应用。
技术介绍
随着新能源汽车，手机电脑等移动设备的快速发展，人类对储能设备的要求越来越高。锂离子电池具有容量大、能量密度高、循环寿命长等优点，成为解决能源危机、提高充放电速度并进一步改善人类使用体验的重要储能装置。石墨的来源广泛、价格低廉，是理想的锂离子电池负极材料之一，但是其理论容量仅达到372mAh/g，难以满足高容量的迫切需求。硅(Si)基负极材料的理论比容量高(4200mAh/g)、嵌脱锂平台较适宜，是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料，但是Si在充放电过程中剧烈的体积变化(400％以上)所产生的内应力，易导致电极结构的粉化剥落，造成容量快速衰减。其储存过程中易受到空气中水分及杂质污染，进一步影响电池循环寿命和循环性能。目前，常通过碳，金属颗粒等针对硅进行改性处理以解决其体积膨胀问题，但是该种方法常以损失硅基电极片的比容量为代价，导致其放电容量减少。因此，一种不会损失硅基电极片比容量的改性方法的提出变得刻不容缓。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高硅基电极片的界面稳定性，提供了一种氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法及在电池领域中的应用，该电极片是采用物理气相沉积法在电极片表面原位生成了一层氟化聚合物，通过该人工保护膜为硅基电极片提供高稳定性，疏水性，亲电解液性，并抑制其循环过程中的体积膨胀，提高循环稳定性。本专利技术采用如下技术方案来实现的：氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，包括以下步骤：将负极活性材料、导电添加剂和粘合剂按照质量比(80-98.5)：(0.5-10)：(1-10)的配置混合均匀，混合均匀后球磨，得到均匀混合的负极浆料；其中导电添加剂为炭黑、碳纳米管、石墨烯或其混合物；该负极浆料负载在集流体上，集流体和负极浆料共同组成负极材料，该负极材料进一步地通过物理气相沉积的方法进行表面处理得到氟化聚合物修饰的电池电极；该氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法包括以下步骤：1)用自动涂膜机将上述负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，然后真空干燥除去溶剂，干燥结束后，用手动冲孔机在涂有浆料的地方裁片，即可得到硅电极片；2)将电极片放置于进样室进行反溅射，去除电极片表面杂质，从而提高基底表面质量；3)将电极片入溅射室内，所需聚四氟乙烯靶材置于靶盘上，加热烘烤腔体，抽真空至4.0×10-4～5.0×10-5Pa；4)通入Ar气，将靶材接入电源，设置溅射功率和偏压，调整工作气压至4.5×10-1Pa，预溅射15～20min，用于清理靶材表面的杂质，提高靶材的纯度；5)打开电极片挡板，之后打开自转，开始溅射；6)溅射结束，依次关闭电源，偏压，停止通入含氢氩气，之后继续抽真空，后取出冷却的电极片，得到聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片。本专利技术进一步的改进在于，负极活性材料选用硅基材料；粘结剂选用聚丙烯酸，聚偏氟乙烯，或羧甲基纤维素钠及其不同比例的混合物。本专利技术进一步的改进在于，负极活性材料选用硅基材料包含纳米硅，亚微米硅，微米硅或氧化亚硅。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中使用加热带烘烤腔体。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中预溅射处理聚四氟乙烯靶材，以去除其表面杂质。本专利技术进一步的改进在于，步骤6)中得到的聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片具有疏水性和亲电解液特性。一种氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，采用上述的制备方法制备得到。一种电池的制备方法，包括以下步骤：将步骤6所述的氟化聚合物修饰电极片，进行锂离子电池的组装；在制备锂离子电池时，所需电解液为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯配成的有机溶剂，在上述有机溶剂中加入六氟磷酸锂，而且电解液中还添加氟代碳酸乙烯酯作为添加剂。本专利技术至少具有如下有益的技术效果：本专利技术提供的氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，通过将硅基电极片置入溅射腔内样品盘上，随之通过分子泵抽真空，抽到一定真空度后通入含氢氩气。将射频电源接上到聚四氟乙烯靶材，所采用溅射功率为120W，溅射一定时间后即可得到聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片。物理气相沉积具有沉积速率块快，成膜性质均一，形成薄膜结构致密稳定，有利于大规模生产等优点。通过物理气相沉积这种方法生产硅基电极，可以在保证产品质量性能的前提下极大地降低生产成本。本专利技术提供的一种氟化聚合物修饰的硅基电极片，由于聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片富含氟官能团，通过氟官能团在电极表面的富集可以极大地降低电极片表面能，从而使电极片拥有疏水性，亲电解液的性能。并赋予硅基电极片较高的循环稳定性。本专利技术提供的一种电池的制备方法，由该制备方法得出的聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片在循环过程中发生不可逆的电化学反应，生成碳和氟化锂。通过碳和氟化锂的复合构建了一层理想的氟化聚合物保护膜，该电极保护膜具有优异的离子电子电导率及化学稳定性，并可抑制电极循环过程中的体积膨胀，由此为锂离子电池提供了优异的循环稳定性。综上所述，本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片，采用物理气相沉积的方式，大大降低生产成本，具有操作灵活，溅射功率可变，薄膜厚度可随需求变化的优点且薄膜成分均匀。通过该人工保护膜可以提供一层富含氟元素的界面层，该界面层的低表面能使其不易吸收空气中的水分，避免杂质在其表面吸附，从而提高其储存时间。进一步地，聚四氟乙烯在循环过程中会产生不可逆的电化学反应生成碳和氟化锂，提高硅基电极片材料离子电子导电率，降低极化，抑制体积膨胀，从而具有较好的循环稳定性。进一步地，物理气相沉积具有环境友好型，成膜速率高，致密性高，薄膜均匀，薄膜厚度精确调控，以及可批量生产等优点，可极大降低电极材料处理过程中的成本。本专利技术制备得到的氟化聚合物修饰的电极片，可在空气中长期保存，隔绝空气中污染物及水分的影响。附图说明图1为本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片；图2为本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片与水的接触情况图(接触角140°)；图3为空白样电极片与水的接触情况图(接触角20°)；图4为本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片与电解液的接触情况图(接触角1.2°)；图5为空白样电极片与电解液的接触情况图(接触角19°)；图6为本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片(对电极为锂)的电化学数据；图7为本专利技术制备的氟化聚合物修饰的电极片(对电极为锂)的电化学数据。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术做出进一步的说明。实施例1本专利技术提供的氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，包括以下步骤：将浆料通过自动涂覆机涂覆在集流体上，负极活性材料为微米硅，导电添加剂为炭黑，粘结剂为聚丙烯酸，三者比例控制为98.5:0.5:1。在烘箱内烘干。将聚四氟乙烯靶材进行打磨，去除表面杂质；将电极片用试样盘夹持后放入送样室，将真空抽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将负极活性材料、导电添加剂和粘合剂按照质量比(80-98.5)：(0.5-10)：(1-10)的配置混合均匀，混合均匀后球磨，得到均匀混合的负极浆料；其中导电添加剂为炭黑、碳纳米管、石墨烯或其混合物；/n该负极浆料负载在集流体上，集流体和负极浆料共同组成负极材料，该负极材料进一步地通过物理气相沉积的方法进行表面处理得到氟化聚合物修饰的电极片；该氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法包括以下步骤：/n1)用涂布设备将上述负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，然后真空干燥除去溶剂，干燥结束后，用手动冲孔机在涂有浆料的地方裁片，即可得到硅基电极片；/n2)将电极片放置于进样室进行反溅射，去除电极片表面杂质，从而提高基底表面质量；/n3)将电极片放入溅射室内，所需聚四氟乙烯靶材置于靶盘上，加热烘烤腔体，抽真空至4.0×10

【技术特征摘要】
1.氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将负极活性材料、导电添加剂和粘合剂按照质量比(80-98.5)：(0.5-10)：(1-10)的配置混合均匀，混合均匀后球磨，得到均匀混合的负极浆料；其中导电添加剂为炭黑、碳纳米管、石墨烯或其混合物；
该负极浆料负载在集流体上，集流体和负极浆料共同组成负极材料，该负极材料进一步地通过物理气相沉积的方法进行表面处理得到氟化聚合物修饰的电极片；该氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法包括以下步骤：
1)用涂布设备将上述负极浆料均匀的涂覆在铜箔上，然后真空干燥除去溶剂，干燥结束后，用手动冲孔机在涂有浆料的地方裁片，即可得到硅基电极片；
2)将电极片放置于进样室进行反溅射，去除电极片表面杂质，从而提高基底表面质量；
3)将电极片放入溅射室内，所需聚四氟乙烯靶材置于靶盘上，加热烘烤腔体，抽真空至4.0×10-4～5.0×10-5Pa；
4)通入Ar气，将靶材接入电源，设置溅射功率和偏压，调整工作气压至4.5×10-1Pa，预溅射15～20min，用于清理靶材表面的杂质，提高靶材的纯度；
5)打开电极片挡板，之后打开自转，开始溅射；
6)溅射结束，依次关闭电源，偏压，停止通入含氢氩气，之后继续抽真空，后取出冷却的电极片，得到聚四氟乙烯薄膜覆盖的电极片。


2.根据权利要求1所述的氟化聚合物修饰的电池电极的制备方法，其特征在于，负极活性材料选用硅基材料；粘结剂可选用聚丙烯酸及其衍生物，聚偏氟乙烯，或羧甲基纤维素钠及其不同比例的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江选，周子轩，刘文涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61