一种含铝负极材料、负极极片及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种含铝负极材料、负极极片及锂离子二次电池，涉及锂离子电池技术领域。该含铝负极材料，按质量分数计，包括铝粉负极活性材料1

【技术实现步骤摘要】
一种含铝负极材料、负极极片及锂离子二次电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种含铝负极材料、负极极片及锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛应用于汽车、电子领域，目前市场上的锂离子电池主要采用石墨作为负极活性材料，石墨的理论嵌锂比容量为372mAh/g，嵌锂电位在0.1V左右。为了提高锂离子电池的能量密度，负极材料必然向高比容量方向发展。金属铝与锂离子发生反应形成Li
‑
Al合金，铝的理论嵌锂比容量为993mAh/g，嵌锂电位在0.25V左右，铝的理论嵌锂比容量高于石墨，且嵌锂电位稍高，另一方面，铝具有优异的导电导热性能等优点，成为锂离子电池负极活性材料的选择。但是，铝在嵌锂和脱锂过程发生较大的体积变化(嵌锂形成Li
‑
Al合金态时，体积膨胀接近100％)，粘结剂PVDF的粘结力差，其在高膨胀形变下容易剥离，导致活性物质脱落，造成电池循环性能很差。粘结剂PTFE的四个
‑
F可以与铝形成更强氢键，且它能够在电极中形成弹性网状结构，在这种结构中，活性物质不但彼此接触良好，有利于电子的传导，还可以对抗电极充放电造成的膨胀和收缩，但是部分研究发现，PTFE会增加电极的电阻，降低电极可逆性，从而降低循环性能。杨全红等使用石墨烯与金属铝粉通过球磨的方式制备出了石墨烯/铝复合负极材料，使用PTFE作为粘结剂制成负极片，该材料容量发挥接近1200mAh/g，但是仅仅循环10周，其容量保持已经接近60％[杨全红，游从辉，苏方远，吕伟，锂离子电池的石墨烯/铝复合负极材料及其制备方法CN101937994.A]。这说明了铝粉或其混合物作为锂离子电池负极活性材料时，PTFE作为粘结剂不能有效改善电池的循环性能，还需要对铝进行表面改性等措施来提高电池的循环稳定性。杨学兵等通过化学气相沉积法在铝表面制备碳层，然后将碳层包覆的铝与石墨形成复合材料，希望利用碳层缓解铝在嵌锂和脱锂过程中的体积变化，但循环30周，其容量已经衰减到70％左右[杨学兵,王光俊,陈炜,张宏立，一种锂离子电池负极材料的制备方法，CN201710945811.2]。采用该负极材料的锂离子二次电池循环性能仍很不理想，且方法工艺复杂、成本高。
[0003]目前市场上的锂离子电池主要采用石墨作为负极，石墨负极克容量较低，嵌锂电位低，导致电池存在能量密度低、安全隐患等问题。铝的理论嵌锂比容量高于石墨，且嵌锂电位稍高，另一方面，铝具有优异的导电导热性能等优点，铝作为负极活性材料有望提升电池能量密度，解决安全隐患，引起研究人员的关注。但是铝作为负极活性材料时，其在嵌锂和脱锂过程发生较大的体积变化，粘结剂PVDF的粘结力差，容易剥离，导致活性物质脱落，进而造成电池循环性能极差。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是含金属材料的负极的电池循环性能差、电池能量密度低。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种含铝负极材料，按质量分数计，包括铝粉负极活性材料1
‑
40％、石墨负极活性材料55
‑
95％、改性剂0.5
‑
3％、粘结剂1
‑
4％；所述改性剂选自主链含有酰亚胺环、酰胺基团、胺基、氰基、酯基、四氟取代基中的一种或多种的具有粘结性能的聚合物。
[0007]可以理解地，本方案利用能够与铝之间形成共价键或更多氢键的主链含有酰亚胺环(
‑
CO
‑
N
‑
CO
‑
)、酰胺基团(
‑
CO
‑
NH
‑
)、胺基(
‑
NH
‑
)、氰基(
‑
CN
‑
)、酯基(
‑
COO
‑
)、四氟取代(
‑
CF2
‑
CF2
‑
)等具有粘结性能的聚合物，将铝粉表面改性，提高各组分之间的粘结性，进而提高电池循环能力。
[0008]其进一步地技术方案为，所述铝粉的粒径小于石墨类活性材料的粒径。
[0009]其进一步地技术方案为，所述石墨负极活性材料D50为4～20um。
[0010]其进一步地技术方案为，所述铝粉负极活性材料D50为0.5～10um。
[0011]其进一步地技术方案为，所述改性剂选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯胺、聚丙烯腈、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯中的一种或多种。
[0012]其进一步地技术方案为，所述石墨负极活性材料选自人造石墨、天然石墨、天然改性石墨、复合石墨、膨胀石墨中的一种或多种。
[0013]其进一步地技术方案为，所述粘结剂选自PVDF和/或NMP。
[0014]本专利技术提供一种含铝负极极片，其特征在于，包括如上所述的含铝负极材料，还包括质量分数为1
‑
5％的导电剂，所述含铝负极极片由以下方法制得：
[0015]按比例，将粘结剂打成胶液，向其中加入改性剂混合均匀；加入铝粉负极活性材料分散均匀，使铝粉改性得到改性铝粉，再加入导电剂分散均匀，最后加入石墨负极活性材料分散均匀，得到浆料，将所述浆料均匀涂覆在负极集流体上，干燥，即得到含铝负极极片。
[0016]其中，将铝粉加入改性剂与粘结剂的混合胶液时，工艺参数不同，会对负极极片应用到电池上的性能产生影响，优选地，搅拌的公转速度为10～80rpm，自转速度为1000～10000rpm，搅拌时间10
‑
240min。
[0017]需要说明的是，本专利技术所述的导电剂可由本领域技术人员任意选择乙炔黑、炭黑、科琴黑、导电石墨、炭纤维、炭纳米线、炭纳米管、石墨烯中的一种或几种。
[0018]本专利技术所述的含铝负极极片在锂离子二次电池领域中的应用。
[0019]本专利技术还提供一种锂离子二次电池，包括所述的含铝负极极片。
[0020]所述的锂离子二次电池采用上述制作成的含铝负极极片，再加上正极片、隔膜、电解液等组成的可充电的电池。
[0021]正极片的正极活性材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂中的一种或几种或以上复合材料。
[0022]与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：
[0023]本专利技术提供的含铝负极材料，利用改性剂与铝粉形成氢键、化学键等，对铝粉进行表面改性，提高铝粉和其他材料之间的粘结性，解决了铝粉或铝粉/石墨复合材料循环稳定性很差的问题；进而使制得的含铝负极极片具有良好的粘结性和柔韧性，采用该含铝负极极片制得的锂离子二次电池具有高能量密度、高安全性，以及好的循环稳定性。本专利技术的含铝负极材料制备工艺简单流程短，所用仪器设备简单，适合工业化生产。
[0024]本专利技术考虑到只使用常规的粘结剂PVDF不能适应铝在嵌/脱锂过程中的较大体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铝负极材料，其特征在于，按质量分数计，包括铝粉负极活性材料1
‑
40％、石墨负极活性材料55
‑
95％、改性剂0.5
‑
3％、粘结剂1
‑
4％；所述改性剂选自主链含有酰亚胺环、酰胺基团、胺基、氰基、酯基、四氟取代基中的一种或多种的具有粘结性能的聚合物。2.如权利要求1所述的含铝负极材料，其特征在于，所述铝粉的粒径小于石墨类活性材料的粒径。3.如权利要求2所述的含铝负极材料，其特征在于，所述石墨负极活性材料D50为4～20um。4.如权利要求3所述的含铝负极材料，其特征在于，所述铝粉负极活性材料D50为0.5～10um。5.如权利要求4所述的含铝负极材料，其特征在于，所述改性剂选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯胺、聚丙烯腈、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，陈闪闪，谢呈德，蒋春磊，徐建龙，
申请(专利权)人：深圳中科瑞能实业有限公司，
类型：发明
国别省市：