一种负极极片制造技术

本申请公开了一种负极极片

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片、制备方法及无负极锂电池


[0001]本申请涉及无负极锂电池负极材料领域，具体地，本申请涉及一种负极极片
、
制备方法及无负极锂电池
。

技术介绍

[0002]无负极锂电池是在传统锂金属电池制造工艺的基础上加以改进而发展出的新型锂离子电池
。
其主要特征在于，电池负极不再通过预先负载锂金属构成，而是在首圈循环过程中，借助富锂正极材料提供的锂离子直接沉积生成
。
因此，无负极锂电池相较于传统锂金属电池具有显著提高的能量密度，并且在制造工艺中可以避免直接使用锂单质，极大简化了工艺流程并降低了制造成本，因而受到了广泛关注
。
然而，无负极锂电池的发展仍然面临巨大挑战，主要集中于循环过程中负极表面锂枝晶的生长，可逆容量的过快衰减，循环稳定性不足，以及使用寿命较短等方面
。
[0003]因此，开发一种对无负极锂电池负极集流体进行改性的方法，在抑制锂枝晶生长，提高比容量和循环稳定性的同时尽可能减小能量密度损失是十分有必要的
。

技术实现思路

[0004]对于无负极锂电池负极的迫切需求，本申请的目的之一提供了一种高比容量
、
高循环稳定性和高能量密度的负极极片：包括集流体和复合涂层；所述集流体为铜箔集流体；所述复合浆料包括导电碳
、
活性纳米粒子
、
粘合剂和溶剂；所述活性纳米粒子为
Si、Sn、Au、Ag
中的一种或几种；所述活性纳米粒子的粒径范围为
10~200 nm。
[0005]优选地，所述
Si
纳米粒子的粒径为
10~100 nm
；所述
Sn
纳米粒子的粒径为
10~200 nm
；
Si/Sn
共掺杂纳米粒子由粒径为
10~200 nm
的
Sn
纳米颗粒和粒径为
10~100 nm
的
Si
纳米粒子按照摩尔比为
0.2~20
的比例以机械研磨方式混合而成；所述研磨时间为
10~60 min。
[0006]进一步优选地，所述活性纳米粒子的粒径范围为
30
‑
60 nm。
[0007]在本申请活性纳米粒子的作用有两个方面，一方面是对于锂离子具有显著降低的成核能垒，能够引导锂离子进入涂层内部进行沉积，避免沉积的锂在负极表面堆积导致枝晶生长；另一方面是活性纳米粒子可与锂发生合金化反应，有利于进一步稳定沉积的锂，防止其在局部区域聚集导致枝晶生长
。
[0008]所述导电碳为石墨
、
石墨烯
、
碳纳米管中的一种或几种
。
[0009]进一步地，所述导电石墨为粒径
10
‑
200
μ
m
，密度
2~2.5 g/cm3的粉体；所述石墨烯为厚度1‑5层，横向尺寸
0.5
‑
10
μ
m
，比表面积
200
‑
1000 m2/g
的粉体；所述碳纳米管为单壁或多壁结构，横截面直径为1‑
50 nm
，长度为1‑
100
μ
m
，含碳量为
50%
‑
99.9%。
[0010]本申请导电碳可提供较大比表面积用以生成锂沉积活性位点，其优异的导电性也可提高电子传导效率，避免电荷堆积导致的枝晶生长
。
对电池循环过程中负极表面锂枝晶生长的有效抑制可促进锂离子在电池负极均匀沉积，从而有效避免可逆容量过快衰减，增
强循环稳定性，提高电池寿命
。
此外，本申请所选用的导电碳不仅可以实现导电作用，而且还需作为基底负载活性纳米粒子和容纳后续的锂沉积
。
[0011]所述粘合剂为羧甲基纤维素钠
、
聚偏二氟乙烯
、
聚丙烯腈中的一种或几种
。
[0012]所述溶剂采用去离子水
、N,N
‑
二甲基甲酰胺和
N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或几种
。
[0013]所述导电碳：活性纳米粒子：粘合剂质量份数是（
1~10
）：（
2~10
）：（
0.2~4
）
。
[0014]所述粘合剂：溶剂的质量份为（
1~2
）：（
50~100
）；所述粘合剂和溶剂组合使用，所述组合方式为羧甲基纤维素钠和去离子水
、
聚偏二氟乙烯和
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
聚丙烯腈和
N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或几种
。
[0015]所述粘合剂的平均分子量范围为
30000~600000
；所述导电碳：活性纳米粒子：粘合剂质量份数是（
1~5
）：（
2~10
）：（
0.2~4
）
。
[0016]进一步地，所述羧甲基纤维素钠平均分子量为
50000~300000
，所述聚偏二氟乙烯平均分子量为
100000~600000
，所述聚丙烯腈平均分子量为
30000~200000。
[0017]本申请的目的之二是提供一种本专利技术的目的之一任一项所述的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S1
：将导电碳
、
金属纳米颗粒加入溶剂中，搅拌后分多次加入粘合剂，随后超声匀浆，得到所述复合浆料；
S2
：在导电铜箔上滴加所述复合浆料，涂布成均匀涂层；
S3
：将
S2
所制备的铜箔置于干燥箱中进行烘干处理，取出得到复合涂层；
S1
中，当粘合剂在溶剂中的添加比例超过
40 mg/g
时，所制备的浆料粘度更大，不易涂覆，活性纳米粒子在浆料中呈现不出均匀分散的状态，即均匀性变差
。
同时活性金属纳米粒子的聚集和沉降现象显著增加，导致后续形成涂层后与沉积锂之间的合金化反应大幅减弱，其对沉积锂的稳定作用明显衰减
。
[0018]若粘结剂先进行添加至溶剂中之后再将导电碳
、
金属纳米颗粒加入溶剂中，浆料粘度将在短时间内迅速增大，导电碳和金属纳米颗粒难以充分分散并团聚形成较大的团块，严重影响后续所形成涂层的均匀性及其稳定沉积锂的作用
。
[0019]所述复合涂层的厚度为
1~10 um
，所述金属纳米颗粒的单位面积负载量为
0.1~0.5 mg/cm2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种负极极片，其特征在于，包括集流体和复合涂层；所述集流体为铜箔集流体；所述复合浆料包括导电碳
、
金属纳米粒子
、
粘合剂和溶剂；所述金属纳米粒子为
Si、Sn、Au
中的一种或几种；所述纳米粒子的粒径范围为
10~200 nm。2.
根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述导电碳为石墨
、
石墨烯
、
碳纳米管中的一种或几种
。3.
根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述粘合剂为羧甲基纤维素钠
、
聚偏二氟乙烯
、
聚丙烯腈中的一种或几种
。4.
根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述溶剂为去离子水
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或几种
。5.
根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述粘合剂的平均分子量范围为
30000~600000
，所述粘合剂在溶剂中的添加比例为（
5~20
）
g/L。6.
根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述导电碳
、
金属纳米粒子和粘合剂的质量比为（
2~10
）
:1:
（
0.1~0.5
）
。7.
一种权利要求
1~7
任一项所述的负极极片的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄杜斌，缪国斌，杨扬，徐伟恒，王春源，李晓豪，李爱军，
申请(专利权)人：北京金羽新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：