【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极片的制备方法及其在锂离子电池中的应用，属于锂离子电池。
技术介绍
1、近年来，续航里程的焦虑对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。现阶段，制备高涂布量的超厚电极是提升电池比能量的一个最为直接的办法。构筑厚电极可以在电池器件层面降低非活性物质的含量，提升电池的能量密度，并降低电池的成本。此外，厚电极的结构具有普适性，可以应用于各种电极材料。
2、厚电极的电化学性能主要受多孔电极中的li+传输控制，电极在充放电过程中的li+扩散动力学差，在电极内部形成浓度梯度，导致浓差极化增大；随着厚度的增加，电极内部物质会出现分布不均匀以及电化学反应不均匀的问题。此外，当电极厚度增加时，浆料中粘合剂含量的增加也会进一步带来电极的不稳定性，比如绝缘性的增加。厚电极也存在极片开裂、活性物质与集流体脱离li+等问题。
3、因此，设计和优化厚电极的微观结构，构建高效的li+传输通道和良好的电子传导网络，实现电池的快速充放电就显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种锂离子电池负极片的制备方法及其在锂离子电池中的应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、提供一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)按照质量比95︰5，称取石墨负极材料和用作粘结剂的羧甲基纤维素钠(cmc)；将羧甲基纤维素钠与适量去离子水加入高速匀浆机中，经分散处
5、(2)采用混合强酸对石墨负极进行酸化处理，使其表面具有亲水性官能；
6、(3)取经过酸化处理的石墨负极材料和适量去离子水，加入cmc胶液中并混合均匀；继续加入羧酸类交联剂，交联剂与cmc的质量比为0.8︰1；在室温下持续搅拌2h使交联剂完全分散并溶解，补加去离子水调节粘度至4000～8000mpa·s，得到固含量为55％～75％的负极浆料；
7、(4)将负极浆料转移至底部放有集流体的模具中，按电极的设计要求调整涂布厚度；然后将模具转移至真空干燥箱内，在60℃条件下预干燥，使浆料发生酯化反应交联形成凝胶；
8、(5)将模具置于具有-150℃～-90℃温差的非对称冷源中，对凝胶进行超低温快速冷冻处理，处理时间0.5～2h；利用凝胶中溶剂水在非对称冷源条件下的单向凝结现象，使cmc和石墨负极材料在冰晶生长的带动下堆积到冰晶体的两侧；然后抽真空至1pa并持续8h，使凝胶中的冰晶升华，得到具有定向孔道的三维网络结构的负极材料；
9、(6)利用微波加热装置对负极材料进行加热处理使其碳化，最终得到具有三维导电网络的锂离子电池负极片。
10、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(1)中，石墨负极材料是人造石墨。
11、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(1)中，分散处理时高速匀浆机的转速为3000～5000rad/min；所得cmc胶液的质量浓度为2％～6％。
12、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(2)中，以硫酸和硝酸配置强酸溶液，ph值0.5～2；加入石墨负极材料，在室温下酸化处理5～10h；对离心分离的固体进行真空干燥，得到经酸化处理的石墨负极材料。
13、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(3)中，羧酸类交联剂是柠檬酸。
14、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(4)中，涂布厚度为100～800μm；预干燥时间为4h。
15、作为本专利技术的优选方案，所述步骤(6)中，利用微波加热装置进行加热处理时，功率为100～300w，时间为1～10min。
16、基于前述方法制备得到的锂离子电池负极片，本专利技术进一步提供了该负极片在组装锂离子电池中的应用。
17、专利技术原理描述：
18、本专利技术通过将粘结剂羧甲基纤维素钠(cmc)与石墨负极材料均匀混合，制备负极浆料并加入羧酸类交联剂。之后，将制备的负极浆料涂敷在集流体铜箔表面。最后通过超低温冷冻效应辅助微波加热，构筑无粘结剂的具有高导电性的三维网络通道的厚电极。
19、该结构缩短了离子和电子迁移路径，提供了多维开放渗透通道；表现出较低的浓差极化和快速的li+传输动力学，形成了利于锂离子运输的分子级通道，促进了锂离子的高速导通，有利于获得优异的快速充放电能力。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
21、1、羧甲基纤维素钠(cmc)分子链上具有较多羟基(-oh)，而选用的羧酸类交联剂一般具有两个以上的羧基(-cooh)有利于实现充分交联。在交联过程中，羟基与羧基会发生酯化反应，进行脱水缩合，从而与cmc分子链“手拉手”结合成三维网络结构。利用超低温冷冻干燥在冰晶升华过程中形成了具有规则的三维直通孔道的低迂曲度厚电极，该有序排列的直通孔道一直延伸到集流体表面，可作为锂离子传输的“高速公路”，改善了厚电极的离子传输特性。进一步通过高脉冲微波加热技术形成的三维导电网络均匀地分布在电极内部，提高了电极的机械强度并提供了良好的电子导通网络。
22、2、石墨负极经过酸处理，在石墨表面特别是在表面不平整的区域(裂缝等)形成了-co，-cooh等含氧官能团，这些官能团在li+首次插入时形成了羧酸锂盐，有利于形成结构稳定的sei膜，减少了材料循环过程中由于sei膜破损和修复造成的容量损失，提高了材料的循环性能。同时，酸氧化能将石墨负极中的部分缺陷结构去除，从而形成纳米级微孔。这些微孔为li+提供了新的储锂位点，提高了材料的首次充放电容量。此外，当氧化的ph值降低到一定程度时，会发生过氧化现象，石墨表面形成了较多的含氧官能团，同时强酸对石墨负极表面有一定的腐蚀作用，导致材料的电化学性能下降。因此，使用ph为1.0的强酸溶液进行氧化处理时具有更好的电化学性能。
23、3、石墨负极经酸处理后使其表面具有羧基等亲水性官能团后，可以改变石墨负极的亲水能力，从而能够使其在水中长期稳定分散。同时，cmc中的-oh官能团可以与石墨负极材料上的-cooh相交联，形成稳定的复合材料，分散性较好。石墨负极材料在cmc与羧酸类交联剂交联过程中能够原位附着在三维网络结构上。此外，羧酸类交联剂的弱酸性会刻蚀铜箔表面，形成均匀、丰富的开放凹坑，增强了敷料层和铜箔的粘附力。
24、4、传统的商业粘结剂pvdf、sbr、cmc等因为缺乏弹性和韧性，在电池循环中无法适应活性材料的体积变化，会导致活性材料破裂，影响循环中的容量保持率以及电池寿命，并且这些材料本身在电解液中会产生溶胀现象，影响粘结强度。该专利技术相对商业粘结剂有如下优势：(1)采用传统粘结剂cmc与羧酸类交联剂形成的三维网络结构，在低温冷冻和微波场的作用下，在石墨负极表面原位形成了一薄层的导电网络，使该厚电极不含粘结剂，减少了厚电极中存在大量粘结剂引起的性能衰减；(2)在锂离子电池电极制备过程中无需额外添加导电剂，原位形成三维的导电网络充当了导电剂，缩短了离子和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨负极材料是人造石墨。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，分散处理时高速匀浆机的转速为3000～5000rad/min；所得CMC胶液的质量浓度为2％～6％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，以硫酸和硝酸配置强酸溶液，pH值0.5～2；加入石墨负极材料，在室温下酸化处理5～10h；对离心分离的固体进行真空干燥，得到经酸化处理的石墨负极材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，羧酸类交联剂是柠檬酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，涂布厚度为100～800μm；预干燥时间为4h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，利用微波加热装置进行加热处理时，功率为100～300W，时间为1～10min。
8.根据权利要求1～7任一项所述方法制备得到的锂离子
9.权利要求8所述的锂离子电池负极片在组装锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨负极材料是人造石墨。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，分散处理时高速匀浆机的转速为3000～5000rad/min；所得cmc胶液的质量浓度为2％～6％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，以硫酸和硝酸配置强酸溶液，ph值0.5～2；加入石墨负极材料，在室温下酸化处理5～10h；对离心分离的固体进行真空干燥，得到经酸化处理...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。