一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法，涉及锂离子电池电极材料技术领域。本发明专利技术通过在锂离子电池负极极片上涂覆混有多孔炭材料的交联高分子聚合物聚乙烯醇，通过涂布、磁控溅射沉积或喷涂镀膜的方法将补锂剂填充到交联网格中的多孔炭孔径中，实现对负极的精准可控补锂，防止负极因过渡锂化发生析锂现象。选用的多孔炭一方面能将多余的锂粉“束缚”在孔壁中，在反应阶段补锂，初期主要由分布在多孔炭表面的锂粉进行补充，充放电一定阶段时，随着电池内部温度提升，活化能增加，束缚在孔径的锂粉继续进行补锂。另一方面，多孔炭的丰富孔径也能加速电池中电解液的浸润，增大电解液的吸附，防止电解液干涸。防止电解液干涸。防止电解液干涸。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池电极材料
，更具体地说涉及一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池在首周充电过程，负极表面会形成固体电解质膜(SEI膜)，正极中约有10%的活性锂会被消耗，导致不可逆容量的损失，进而导致锂离子电池能量密度的降低。为了保障电池的容量，就需要把损失的锂补回来，这种技术就是预锂，预锂技术不仅可以弥补阳极的首效损失，还能提供额外的锂源，有助于提升离子电池能量密度及循环性能。
[0003]目前，补锂方法分为正极补锂和负极补锂。其中，负极补锂如锂粉补锂和锂箔补锂是最常用的，也是最能从本质上解决问题的，正极补锂在循环寿命上只能增加几百次的数量级。但负极补锂技术的工艺往往容易引起大量热发生，工艺控制比较难，同时，采用传统的负极热压锂带或锂箔等方式容易产生负极过渡补锂，出现析锂产生安全隐患。
[0004]现有技术中，公开号为CN112397682A的中国专利技术专利，公开了一种补锂处理的负极极片及其锂离子电池。本技术方案提供的负极极片有效改善极片发热问题，补锂区与间隙区形成的通道可以使得锂离子电池在注液后，电解液更加有效地浸润负极极片，提高电池能量密度，同时还能提升电池循环寿命和动力学性能。然而其在负极层表面通过间歇留白补锂，让负极层由补锂区和非补锂区间隔分布，该间歇控制方法工艺繁琐，规模化应用较难。
[0005]公开号为CN112599723A的中国专利技术专利，公开了一种补锂负极极片及其制备方法和锂离子电池。其对铜箔进行打孔、压孔、电镀、腐蚀、激光刻蚀等方式造孔，在造孔的铜箔集流体及负极之间上下两层补锂，该方法工艺复杂，造孔成本较高，且通过此方法造孔的铜箔集流体孔径并不丰富，补锂效果并不佳。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法，通过利用多孔活性炭涂层进行“孔束锂”补锂，将活泼锂均匀地填充到多孔活性炭中，实现均匀精准补锂，其成本低，易规模化生产。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法，包括补锂负极极片制备步骤、正极极片制备步骤和锂离子电池制备步骤；S1、补锂负极极片制备所述补锂负极极片制备步骤包括负极本体制备、多孔炭涂层制备、补锂剂制备和负极极片制备。
[0008]S11、负极本体制备：将负极活性材料、导电剂、第一粘接剂和第一溶剂混合搅拌，得到负极浆料，并将所述负极浆料调粘度后涂布烘干，得到负极本体。
[0009]所述负极本体制备中，所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、软炭和硬炭中的一种或多种。
[0010]S12、多孔炭涂层制备：将多孔炭材料、交联聚合物聚乙烯醇、第二粘接剂和第二溶剂混合搅拌分散，制备成多孔炭胶液，并将所述多孔炭胶液涂布在所述负极本体制备中得到的负极本体上，得到含多孔炭的负极本体。
[0011]所述多孔炭涂层制备中，所述多孔炭材料的质量百分比为5
‑
50%。优选的，所述多孔炭材料的质量百分比为10
‑
30%。
[0012]所述多孔炭涂层制备中，所述多孔炭材料包括多孔活性炭、多孔碳纳米管、多孔炭纤维和多孔炭气凝胶中的一种或多种。上述类型的复合炭材料孔径丰富。优选的，所述多孔炭材料为多孔活性炭，其成本较低。
[0013]所述多孔炭涂层制备中，所述多孔炭材料的孔隙率为30
‑
90%。优选的，所述多孔炭材料的孔隙率为30
‑
60%。因为孔隙率丰富，比表面积太大，会造成首效损失过大，且耗费的粘接剂过多，增大电池内阻，因此本专利技术在30
‑
90%的基础上，减小其最大值，将其降至30
‑
60%。
[0014]所述多孔炭涂层制备中，所述多孔炭材料的孔径为10
‑
100 nm。优选的，所述多孔炭材料的孔径为50
‑
80 nm。
[0015]S13、补锂剂制备：将单质锂粉或锂的化合物，以及第三粘接剂分散到第三溶剂中，制备成补锂乳液。
[0016]所述补锂剂制备中，所述单质锂粉或锂的化合物的质量百分比为5
‑
90%。优选的，所述单质锂粉或锂的化合物的质量百分比为20
‑
50%。
[0017]所述补锂剂制备中，所述锂的化合物包括氧化锂、氮化锂、硫化锂、Li5FeO4、Li6CoO4、氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种。
[0018]所述负极本体制备、多孔炭涂层制备和补锂剂制备中，所述第一粘接剂、第二粘接剂和第三粘接剂为聚丙烯酸(PAA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯腈（PAN）和丁苯橡胶（SBR）中的一种；所述第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂均为N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）。
[0019]S14、负极极片制备：通过涂布、磁控溅射沉积或喷涂镀膜的方法，将补锂剂制备中制备的补锂乳液，填充分散到多孔炭涂层制备中得到的负极本体上交联网中的多孔炭表面或孔径内，得到补锂负极极片。
[0020]所述补锂剂制备中，负极极片的双面喷涂厚度为2
‑
4um。
[0021]S2、正极极片制备步骤将正极材料、第二导电剂和第四粘接剂混合，并在真空搅拌机作用下搅拌匀浆，得到具有一定黏度的锂离子电池正极浆料，将所述正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的两个表面上，烘干得到正极极片。
[0022]所述正极极片制备步骤中，所述正极材料包括正极集流体和正极活性物质，所述正极活性物质包括锂铁磷化化、锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂镍锰氧化物、锂锰镍铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物以及锂的过渡金属氧化物中的一种或多种。
[0023]S3、锂离子电池制备步骤将补锂负极极片制备步骤中得到的补锂负极极片，以及正极极片制备步骤中得到
的正极极片，利用隔膜隔开，并将所述正极极片和补锂负极极片绕卷得到裸电芯，将所述裸电芯用外壳封装，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成和整形工序，得到锂离子电池。
[0024]所述锂离子电池制备步骤中，所述隔膜包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP三层复合隔膜）、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和涂覆陶瓷的聚烯烃隔膜中的一种或多种。
[0025]通过上述制备方法制备的锂离子电池，包括正极极片、补锂负极极片、将所述正极极片和补锂负极极片隔开的隔膜、外壳以及填充在外壳内用于在正极极片和负极极片间传导离子的电解液。
[0026]所述补锂负极极片包括负极本体，涂覆在负极本体表面且交联聚合物分散的多孔活性炭层，以及均匀填充在所述多孔活性炭层上的补锂剂。
[0027]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术通过在锂离子电池负极极片上涂覆混有多孔炭材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔炭补锂负极极片锂离子电池的制备方法，其特征在于：包括补锂负极极片制备步骤、正极极片制备步骤和锂离子电池制备步骤；所述补锂负极极片制备步骤包括：负极本体制备：将负极活性材料、导电剂、第一粘接剂和第一溶剂混合搅拌，得到负极浆料，并将所述负极浆料调粘度后涂布烘干，得到负极本体；多孔炭涂层制备：将多孔炭材料、交联聚合物聚乙烯醇、第二粘接剂和第二溶剂混合搅拌分散，制备成多孔炭胶液，并将所述多孔炭胶液涂布在所述负极本体制备中得到的负极本体上，得到含多孔炭的负极本体；补锂剂制备：将单质锂粉或锂的化合物，以及第三粘接剂分散到第三溶剂中，制备成补锂乳液；负极极片制备：通过涂布、磁控溅射沉积或喷涂镀膜的方法，将补锂剂制备中制备的补锂乳液，填充分散到多孔炭涂层制备中得到的负极本体上交联网中的多孔炭表面或孔径内，得到补锂负极极片；所述正极极片制备步骤，将正极材料、第二导电剂和第四粘接剂混合，并在真空搅拌机作用下搅拌匀浆，得到具有一定黏度的锂离子电池正极浆料，将所述正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的两个表面上，烘干得到正极极片；所述锂离子电池制备步骤，将补锂负极极片制备步骤中得到的补锂负极极片，以及正极极片制备步骤中得到的正极极片，利用隔膜隔开，并将所述正极极片和补锂负极极片绕卷得到裸电芯，将所述裸电芯用外壳封装，干燥后注入电解液，经真空封装、静置、化成和整形工序，得到锂离子电池。2.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述负极本体制备中，所述负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、软炭和硬炭中的一种或多种。3.如权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述多孔炭涂层制备中，所述多孔炭材料包括多孔活性炭、多孔碳纳米管、多孔炭纤维和多孔炭气凝胶中的一种或多种。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴兰，廖小东，张中伟，李明科，李玉龙，
申请(专利权)人：东方电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：