一种锂离子电池负极极片及其制作方法和激光碳化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料。本发明专利技术还公开了上述锂离子电池负极极片的制备方法，包括配制碳前驱体溶液、喷涂和激光碳化。本发明专利技术所制备的锂离子电池负极极片具有较高的剥离强度、较好的低温倍率性能和高温循环性能。循环性能。循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极极片及其制作方法和激光碳化装置


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池负极极片及其制作方法和激光碳化装置。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池以其能量密度高、功率密度大、循环寿命长和绿色无污染等优点在各个领域得到了广泛的应用。当然，这对锂离子电池的倍率性能和低温性能也提出了更高的要求。锂离子电池性能的提升离不开材料的进步，目前常用的材料处理手段是进行碳包覆。例如，正极磷酸铁锂材料纳米化后进行碳包覆，可大幅提升其电子电导率，从而获得优异的倍率和低温性能；负极材料石墨化后再进行碳化处理，可实现
‑
40℃的充电，满足极端环境下的使用需求。
[0003]此外，由于锂离子电池用电极在厚度方向存在极化梯度，尤其是锂离子电池用负极在大电流或者低温充电时更趋向于在其表面形成锂枝晶，容易产生安全隐患。目前，解决这些问题的常用的方法是在负极使用碳化的负极活性材料，也就是进行了碳包覆的负极活性材料。这种使用了碳化负极活性材料的负极虽然能使电池的倍率性能和低温性能得到提升，但负极片中负极活性材料的颗粒与颗粒之间的粘结力、以负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力较低，制程中容易掉粉，影响电池的安全性能以及后期的高温循环性能，且成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的为：提供一种锂离子电池负极极片，在具备良好导电性的同时，具有良好的剥离强度和高温循环性能。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料。
[0006]本专利技术的锂离子电池负极极片在负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且在负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料，表面的碳化层改善了锂离子电池负极极片表面的电子电导率，有利于提升电池的倍率性能和低温放电性能；渗透在负极活性材料层的表层中的碳化材料，在连接表面的碳化层的同时，向锂离子电池负极极片纵深方向延伸，提高了锂离子电池负极极片截面方向的电子电导率，改善了负极活性材料层表层的各项同性度，降低了锂离子电池负极极片极化的梯度，减小了极化，提高了锂离子电池负极极片的低温性能。再者，本专利技术的锂离子电池负极极片的碳化层存在于负极活性材料层的表面，不会影响负极活性材料颗粒与颗粒之间的粘结力、以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力，使得所制成的锂离子电池负极极片的剥离强度高，在经历高温循环时不易出现脱落，循环性能好。
[0007]另外，尤其对于石墨负极来说，由于石墨负极活性材料微观上为石墨片状颗粒，在锂离子电池充放电过程中锂离子无法直接穿透石墨片层，只能通过石墨片状颗粒的片层间端面方向进行脱嵌，因此在石墨负极表面的固液界面处，迁移过来的锂离子呈现一种无序聚集状态，极容易在锂离子聚集处形成锂晶须。本专利技术的锂离子电池负极极片中，由于碳前驱体溶液可以渗入到负极活性材料层的表层中石墨颗粒之间的间隙中以及石墨颗粒的孔隙中，碳化后形成的多孔碳化材料将负极活性材料层表层中的石墨片状颗粒之间的间隙连接起来，形成了相邻的石墨片状颗粒之间的电子导通和锂离子迁移通道；使得锂离子在负极中脱嵌时，不再是只有对应在石墨片状颗粒的片层间端面锂离子能进入石墨片层之间，而是多个方向的锂离子都可以通过碳化材料这一“迁移通道”均匀地迁移至石墨片状颗粒的片层间端面，然后有序地在石墨片状颗粒之间迁移，增加了锂离子迁移的通道，提升了参与反应的锂离子数量，加快了电池整体上锂离子在负极表面脱嵌的速度，减少了锂离子电池负极极片的界面极化，从而提升了电池的倍率性能和低温性能。
[0008]本专利技术还提供了上述的锂离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：步骤一，配制碳前驱体溶液：配制碳前驱体溶液，所述碳前驱体溶液为沥青溶液、酚醛树脂溶液、聚氯乙烯溶液、糖类溶液和木质素锂盐溶液中的至少一种；步骤二，喷涂：在集流体上涂布负极活性材料层，干燥至溶剂质量含量小于0.5%得到负极极片；将步骤一配制好的碳前驱体溶液均匀喷涂到所述负极极片的负极活性材料层的表面，干燥，干燥温度为70
‑
110℃，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.1
‑
0.8μm；步骤三，激光碳化在氮气或氩气的保护下，对所述负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化；其中，激光功率为150
‑
1000W，激光照射时间为1
‑
5s，碳化过程中控制所述碳前驱体涂层表面温度为500
‑
900℃；在对所述负极极片的一面进行激光碳化过程中，在所述负极极片的另一面相同位置冷却降温，冷却温度0
‑
10℃，冷却时间3
‑
10s。
[0009]本专利技术的上述锂离子电池负极极片的制备方法中，在负极极片的表面喷涂碳前驱体溶液，碳前驱体溶液在喷涂过程中向负极极片的负极活性材料层内部渗透，使碳前驱体溶液中的溶质分子在负极极片的表面均匀铺展的同时向负极极片纵深处扩散。经干燥后，碳前驱体溶液在负极极片表面上形成厚度为0.1
‑
0.8μm的一层碳前驱体涂层，渗透进入负极极片表层中的前驱体溶液也在干燥时嵌入到负极活性材料层表层的负极活性材料颗粒的缝隙之中。在步骤三的激光碳化过程中，经过功率为150
‑
1000W的激光照射1
‑
5s后，负极极片表面上的碳前驱体涂层和渗透进入负极极片表层中的碳前驱体溶质分子在激光的作用下分解、碳化，在负极活性材料层的表面上形成碳化层，在负极活性材料层的表层中形成渗透的碳化材料。另外，由于在本专利技术的激光碳化过程中，负极极片的一面在进行激光碳化的同时，在负极极片的另一面相同位置冷却降温，通过0
‑
10℃的冷却温度，可以控制碳化过程中所述碳前驱体涂层表面温度为500
‑
900℃，且由于在另一面进行了同时的冷却，使得激光的碳化作用不会在负极极片的更深层发生，不至于破坏用于粘结负极活性材料颗粒的粘结剂，从而使得所制成的锂离子电池负极极片保持了良好的剥离强度。这也正是本专利技术区别于现有技术中的碳化材料负极之处，在现有技术中，由于碳化材料是包覆在负极活性材
料颗粒的表面，包覆在活性材料颗粒表面的碳本来与活性材料颗粒的结合力不强，导致制成极片后由于碳与粘结剂的脱落造成负极活性材料颗粒之间的结合力弱，活性材料颗粒与集流体之间的结合力也较弱，因此，所制成的负极极片的剥离强度不高，在加工过程中和电池的充放电过程中易出现剥离，从而导致电池的电性能变差。而本专利技术的方法所制备的锂离子电池负极极片，由于负极活性材料颗粒并没有采用碳包覆，并且负极极片是在使用了粘结剂进行负极活性材料颗粒之间的粘结并制成极片之后进行了碳前驱体溶液的喷涂，并且，激光碳化仅发生在负极活性材料层的表面及表层中，内部的负极活性材料颗粒之间并不存在碳化材料，因此，不会影响至负极活性材料颗粒与颗粒之间的粘结力、以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结力，从而使得所制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极极片，包括集流体和附着在所述集流体上的负极活性材料层，其特征在于，所述负极活性材料层的表面覆盖有碳化层，且所述负极活性材料层的表层中渗透有碳化材料。2.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，配制碳前驱体溶液：配制碳前驱体溶液，所述碳前驱体溶液为沥青溶液、酚醛树脂溶液、聚氯乙烯溶液、糖类溶液和木质素锂盐溶液中的至少一种；步骤二，喷涂：在集流体上涂布负极活性材料层，干燥至溶剂质量含量小于0.5%得到负极极片；将步骤一配制好的碳前驱体溶液均匀喷涂到所述负极极片的负极活性材料层的表面，干燥后形成的碳前驱体涂层厚度为0.1
‑
0.8μm；步骤三，激光碳化：在氮气或氩气的保护下，对所述负极极片表面的碳前驱体涂层使用激光进行碳化；其中，激光功率为150
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保鹏，赵俊丽，常艳，郭华，蔡洪波，杨涛，
申请(专利权)人：河南锂动电源有限公司，
类型：发明
国别省市：