LiCu/石墨复合极片及离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法技术

本发明专利技术涉及一种LiCu/石墨复合极片及离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术包括：(1)将负极活性物质、导电剂和粘结剂加入到溶剂中配制成负极浆料，在铜箔上涂覆负极浆料制备负极片，裁剪；(2)将LiCl、CuCl2和添加剂溶解在1

【技术实现步骤摘要】
LiCu/石墨复合极片及离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法


[0001]本专利技术涉及一种LiCu/石墨复合极片及离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]在能源耗尽和环境污染的双重压力下，世界各国进入能源绿色转型发展的新时期，锂离子电池作为一种新型绿色能源，被广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车领域。目前以石墨材料为负极的锂离子电池以其较高的循环寿命被广泛应用，但是在锂离子电池的首次循环过程中，锂离子从正极传输到负极，在嵌入负极前，会在负极表面形成一层SEI膜，消耗大量的活性锂，造成不可逆的锂损失，从而导致电池的容量损失，造成能量密度下降。此外在锂离子电池的后续使用过程中，由于电解质溶液在热力学上是一个不稳定体系，电解质溶液会在负极表面以不可逆的方式发生分解和氧化，造成一部分活性锂的损耗。为了改善锂离子电池的首次不可逆容量损失及后续活性锂消耗的问题，寻找一种绿色、可行、高效的改性方法，提高商业化应用负极材料的高倍率容量和循环稳定性，具有十分广阔的应用前景。
[0003]目前研究较多的负极材料有改性碳基材料、储锂合金材料、纳米及其他新型材料等。碳基类负极材料的改性应用研究主要有：机械研磨、包覆改性、表面处理及掺杂改性等措施，通过物理、化学手段，改变碳材料的表面结构，提高材料的首次循环可逆容量。但是上述措施普遍均存在工艺繁琐、成本费用较高、不能大范围推广应用的不足，同时亦不能解决材料后续活性锂的消耗问题。常见的储锂合金材料有硅基负极材料、锡基负极材料及锂合金负极材料等，主要制备方法有电沉积法、气相沉积法、碳热还原法及纳米改性法等，上述新材料有效提高了负极材料的比容量，但是循环稳定性较差，同时存在制备方法费用成本高、工艺过程污染较大等不足，制约了制备技术的推广应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种LiCu/石墨复合极片，其具有较高的放电比容量，组装成的电池具有优异的循环稳定性；同时本专利技术提供了一种工艺简单、成本低廉、效率高的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法。
[0005]本专利技术所述的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，包括以下步骤：
[0006](1)将负极活性物质、导电剂和粘结剂加入到溶剂中配制成负极浆料，在铜箔上涂覆负极浆料制备负极片，然后裁成适宜尺寸备用；
[0007](2)将LiCl、CuCl2和添加剂溶解在1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐中，配制成电镀液；
[0008](3)将负极片和铂片放入电镀液中，以负极片为阴极，铂片为阳极，控制电沉积时间和电流密度，制备LiCu/石墨极片。
[0009]优选的，负极活性物质为石墨、碳纳米管、碳纤维或石墨烯。
[0010]优选的，导电剂为Super
‑
P和KS
‑
6的混合物。其中Super
‑
P和KS
‑
6均从上海汇普工业化学品有限公司购买，Super
‑
P比表面积为62m2/g，KS
‑
6比表面积为20m2/g。
[0011]优选的，粘结剂为丁苯橡胶、乙基纤维素或聚乙烯醇。
[0012]优选的，溶剂为NMP。
[0013]优选的，负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为75～90:12.5～5:12.5～5。
[0014]为了防止负极片在电镀液中长时间浸泡，出现起皮或掉料现象，本专利技术采用了粘结性强的粘结剂，并在配方中提高了粘结剂的含量。
[0015]优选的，步骤(1)中，配制负极浆料时，在常温下混合120min～150min，干燥温度为90℃～95℃，干燥时间为30min～40min。
[0016]优选的，步骤(2)中，LiCl浓度为1mol/L～4mol/L，CuCl2浓度为0.5mol/L～3mol/L。
[0017]优选的，添加剂为3
‑
甲基
‑1‑
戊炔醇或3
‑
丁炔
‑1‑
醇，添加剂添加量为电镀液质量的0.5％～2.0％。
[0018]优选的，步骤(3)中，电沉积时间为15min～45min，电流密度为2mA/cm2～6mA/cm2。
[0019]本专利技术利用绿色、环保的离子液体，通过能耗较低的电沉积方法，在石墨基片上电沉积LiCu合金制备改性石墨负极，有效提高石墨材料的比容量和循环性能。与现有LiCu合金电沉积相比，本专利技术使用的离子液体电沉积配方(如离子液体种类、添加剂使用等)与现有电沉积不同；本专利技术在石墨负极片上电沉积LiCu制备LiCu/石墨负极，与现有技术中在负极集流体铜箔上电沉积制备LiCu具有明显的不同。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术制备的锂铜合金能嵌入石墨材料层与层之间，一方面能提高锂离子在石墨中的扩散速率，提高电池的功率密度，另一方面能直接在石墨负极上实现预补锂，提高石墨负极的放电比容量和电池的循环稳定性；
[0022](2)本专利技术所述的制备方法，工艺简单，成本低廉，效率高。
附图说明
[0023]图1是实施例1制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0024]图2是实施例2制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0025]图3是实施例3制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0026]图4是实施例4制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0027]图5是实施例5制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0028]图6是实施例6制备的锂离子电池的首次充放电曲线；
[0029]图7是实施例5制备的锂离子电池循环50周的循环曲线。
具体实施方式
[0030]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但其并不限制本专利技术的实施。
[0031]实施例1
[0032]负极片的制备：
[0033]将负极活性物质(石墨)、导电剂(Super
‑
P与KS
‑
6两者的混合质量比为2:1)、粘结
剂(PVA)按7.5:1:1.5的质量比例加入到溶剂(NMP)中，混合120min后配成负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔上，在95℃下烘干30min后，制备出锂离子电池负极片，将负极片裁成2cm*2cm备用。
[0034]电镀液的制备：
[0035]在真空手套箱中将1mol/L的LiCl，3mol/L的CuCl2及占电镀液质量比0.5％的3
‑
甲基
‑1‑
戊炔醇依次溶解在1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐离子液体中配制成电镀液。
[0036]LiCu/石墨复合极片的制备：
[0037]将上述负极片和铂片放入电镀液中，以负极片为阴极，铂片为阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将负极活性物质、导电剂和粘结剂加入到溶剂中配制成负极浆料，在铜箔上涂覆负极浆料制备负极片，然后裁剪；(2)将LiCl、CuCl2和添加剂溶解在1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐中，配制成电镀液；(3)将负极片和铂片放入电镀液中，以负极片为阴极，铂片为阳极，控制电沉积时间和电流密度，制备LiCu/石墨极片。2.根据权利要求1所述的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，其特征在于：负极活性物质为石墨、碳纳米管、碳纤维或石墨烯。3.根据权利要求1所述的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，其特征在于：导电剂为Super
‑
P和KS
‑
6的混合物。4.根据权利要求1所述的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，其特征在于：粘结剂为丁苯橡胶、乙基纤维素或聚乙烯醇。5.根据权利要求1所述的离子液体电沉积制备LiCu/石墨复合极片的方法，其特征在于：负极活性物质、导电剂、粘结剂的质量比为75～90:12....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳，徐加民，林双，战祥连，翟广博，单颖会，丁广波，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：