负极膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了负极膜及其制备方法和应用。其中，该制备方法包括：将针状焦和粘结剂混合并升温进行压延成型处理和碳化处理，以便得到碳膜；将所述碳膜冷却后进行压延排气处理，再升温进行石墨化处理，以便得到石墨膜；对所述石墨膜进行压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理，以便得到表面和内部具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜。该制备方法不仅无需溶剂，还能得到具有完整导热通道以及可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜，使该负极膜兼具较高的导热系数、电导率、力学强度和较高的电化学活性容量。

【技术实现步骤摘要】
负极膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂电池领域，具体而言，涉及负极膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会的不断进步，人类对锂电池高能量密度的需求逐渐增大，迫使锂电池制造商通过不断压缩集流体厚度来达到该目的，然而变薄的集流体导热受到了极大的限制，很难快速将电池内部产生的热量传导至电池表面，容易造成电池热失控进而引起安全事故。基于上述问题，急需一种具有电化学活性且导热系数很高的载体。进一步地，目前所用的石墨负极都是采用铜箔为集流体，将具有电化学活性的石墨利用湿法涂覆而得，涂覆所得到的石墨颗粒之间是点-点接触，众多界面抑制了导热声子的运动，严重影响热传导，并且湿法涂覆工艺时间较长且不环保。因此，石墨负极的制备工艺仍有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出负极膜及其制备方法和应用。该制备方法不仅无需溶剂，还能得到具有完整导热通道以及可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜，使该负极膜兼具较高的导热系数、电导率、力学强度和较高的电化学活性容量。本专利技术是基于专利技术人的以下发现提出的：目前，有利用聚酰亚胺石墨化制备石墨负极膜，其具有连续的导热通道进而获得了较高的热导率，然而，因其内部无锂离子传输通道，无法存储锂离子，导致该石墨负极膜无法应用于负极。为此，专利技术人设想，可以利用易石墨化的原料制备具备完整导热通道的膜材料，并利用石墨层间缺陷和石墨层各异向性特征获得可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道。为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备负极膜的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将针状焦和粘结剂混合并升温进行压延成型处理和碳化处理，以便得到碳膜；将所述碳膜冷却后进行压延排气处理，再升温进行石墨化处理，以便得到石墨膜；对所述石墨膜进行压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理，以便得到表面和内部具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜。根据本专利技术上述实施例的制备负极膜的方法，通过对碳膜进行压延排气，可以显著降低碳膜内的气孔率和气体孔径，提高碳膜的致密度，进而提高石墨化处理的效率和石墨化程度；而石墨化后进一步对石墨膜进行压延和/或拉伸处理，可以利用石墨膜内残留的小气泡在石墨膜表面和内部形成可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道。由此，该制备方法不仅无需溶剂，还能得到具有完整导热通道以及可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜，使该负极膜兼具较高的导热系数、电导率、力学强度和较高的电化学活性容量，具体地，该负极膜的导热系数可达1800W/(m·K)甚至更高、电导率不低于1200S/cm，常温下0.1C放电速率时的电化学容量可达360mAh/g甚至更高，将其作为负极片用于电池中时，不仅有利于电池组装，还可以显著提高电池的循环寿命、能量密度以及安全性，大大降低电池热失控的概率。另外，根据本专利技术上述实施例的制备负极膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，制备负极膜的方法至少满足以下条件之一：所述压延成型处理的温度为300～500℃，压力为1～100MPa；所述碳化处理是于850～1300℃下进行的；所述压延排气处理的温度不高于50℃，压力为0.01～10MPa；所述石墨化处理的温度为2500～3000℃；所述压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理的温度不高于500℃；所述压延造孔处理的压力为0.01～100MPa，所述横向拉伸造孔处理张力为0.01～1000N；所述横向拉伸造孔处理采用单轴拉伸或双轴拉伸实现。在本专利技术的一些实施例中，所述压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理的温度为300～500℃。在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂为沥青，所述针状焦和所述沥青的质量比为100：(5～100)。在本专利技术的一些实施例中，所述负极膜的厚度为0.5～1000μm。在本专利技术的一些实施例中，所述负极膜的石墨度不低于99％。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种负极膜。根据本专利技术的实施例，该负极膜采用上述制备负极膜方法得到。与现有技术相比，该负极膜集负极集流体、负极活性物质和导热体三种功能于一身，不仅具有完整导热通道，而且其表面和内部还具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道，兼具较高的导热系数、电导率、力学强度和较高的电化学活性容量，具体地，该负极膜导热系数可达1800W/(m·K)甚至更高、电导率不低于1200S/cm，常温下0.1C放电速率时的电化学容量可达360mAh/g甚至更高，将该负极膜作为负极片用于电池中时，不仅可以显著提高电池的循环寿命、能量密度以及安全性，大大降低电池热失控的概率，而且该负极片具有柔性，可缠绕，更有利于电池的组装。根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提了一种锂电池。根据本专利技术的实施例，该锂电池具有上述负极膜或采用上述制备方法得到的负极膜。与现有技术相比，该电池具有组装方便，以及循环稳定性好、能量密度高、安全性高的优点，发生热失控事件的概率更低。在本专利技术的一些实施例中，所述锂电池为液态锂离子电池、准固态锂离子电池或固态锂离子电池。在本专利技术的一些实施例中，所述锂电池为纽扣电池、软包电池、圆柱电池或方块电池。在本专利技术的一些实施例中，所述负极膜与极耳之间通过导电银胶或导电碳胶粘结。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备负极膜的方法流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备负极膜的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将针状焦和粘结剂混合并升温进行压延成型处理和碳化处理，以便得到碳膜；将碳膜冷却后进行压延排气处理，再升温进行石墨化处理，以便得到石墨膜；对石墨膜进行压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理，以便得到表面和内部具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜。该制备方法不仅无需溶剂，还能得到具有完整导热通道以及可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜，使该负极膜兼具较高的导热系数、电导率、力学强度和较高的电化学活性容量，具体地，该负极膜的导热系数可达1800W/(m·K)甚至更高、电导率不低于1200S/cm，常温下0.1C放电速率时的电化学容量可达360mAh/g甚至更高，将其作为负极片用于电池中时，不仅有利于电池组装，还可以显著提高电池的循环寿命、能量密度以及安全性，大大降低电池热失控的概率。下面参考图1对本专利技术上述实施例的制备负极膜的方法进行详细描述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备负极膜的方法，其特征在于，包括：/n将针状焦和粘结剂混合并升温进行压延成型处理和碳化处理，以便得到碳膜；/n将所述碳膜冷却后进行压延排气处理，再升温进行石墨化处理，以便得到石墨膜；/n对所述石墨膜进行压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理，以便得到表面和内部具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备负极膜的方法，其特征在于，包括：
将针状焦和粘结剂混合并升温进行压延成型处理和碳化处理，以便得到碳膜；
将所述碳膜冷却后进行压延排气处理，再升温进行石墨化处理，以便得到石墨膜；
对所述石墨膜进行压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理，以便得到表面和内部具有可供锂离子传输、插层和嵌出的三维通道的柔性负极膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少满足以下条件之一：
所述压延成型处理的温度为300～500℃，压力为1～100MPa；
所述碳化处理是于850～1300℃下进行的；
所述压延排气处理的温度不高于50℃，压力为0.01～10MPa；
所述石墨化处理的温度为2500～3000℃；
所述压延造孔处理和/或横向拉伸造孔处理的温度不高于500℃；
所述压延造孔处理的压力为0.01～100MPa，所述横向拉伸造孔处理张力为0.01～1000N；
所述横向拉伸造孔处理采用单轴拉伸或双轴拉伸实现。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢普，李艳红，尚旭，石兴菊，张国军，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32