CN106654160A - 一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，包括如下步骤：将含有金属锂粉的丁苯橡胶/甲苯溶液采用涂布机均匀涂覆到以铜片为集流体的石墨电极片上，得到金属锂粉/石墨/铜电极片；将电极片转移至氩气保护的手套箱，干燥；将干燥后的电极片在氩气保护的手套箱中采用辊压机进行辊压活化；将辊压活化后的电极片保存在氩气保护的手套箱中备用。本发明采用辊压机控制加载在电极片上的辊压压力，将含有钝化层的金属锂粉通过机械外力进行破碎，让更多的金属锂表面暴露出来，从而增加金属锂粉的电化学活性，改进基于金属锂粉的锂离子电池性能，具有工艺简单环保、易于放大化生产、产品具有超高的电化学克容量等特点。

Description

一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法
技术领域
本发明涉及电化学材料制造技术领域，具体涉及一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法。
背景技术
由于锂离子电池具有能量密度高、重量轻和寿命长等特点，使其在移动设备上面作为电源广受欢迎。1991年索尼公司首次将锂离子电池进行商业化，从此打开了全球范围内锂离子电池材料的研究热潮。但是，就锂离子电池本身的能量密度而言，其容量的大小与电极材料种类密切相关。开发高容量的电极材料一直是全球范围内锂离子电池工作者的核心工作之一。石墨是当前广泛应用于锂离子电池的负极材料，但由于其仅有372mAh/g的理论容量，从而制约了电池的能量密度。金属锂负极材料具有非常诱人的应用前景，因为其理论容量密度达到3650mAh/g，是传统石墨电极理论容量的10倍，是建立高能量密度的锂离子电池***最佳备选材料之一。
在锂离子电极材料涂布到集流体过程中，传统的方法是采用PVDF(聚偏氟乙烯)与NMP(N-甲基吡咯烷酮/油性)或者CMC(羧甲基纤维素钠)与水(水溶性)混合得到粘度较高的溶液，并将活性材料均匀分散到上述溶液中，并将其在集流体上进行均匀涂布。而在本体系中，以质量分数为2％的丁苯橡胶(SBR)/甲苯溶液为粘结剂，将金属锂粉分散在其中，获得均匀的金属锂颗粒/SBR/甲苯溶液，然后涂布机涂覆(或者喷涂法)将金属锂颗粒/SBR/甲苯溶液均匀分散到负极铜集流体(或涂有石墨层的铜集流体)表面，并进行干燥去除甲苯，获得均一性良好的金属锂颗粒电极片。这种策略可实现金属锂颗粒在集流体上的均匀分散，方法简单，非常利于大规模产业化操作。
但是，通过有机硅油生产出的金属锂粉表面由于副反应的发生而存在一层钝化层，其主要成份为碳酸锂、氧化锂等。该钝化层的存在，会阻碍金属锂在电解液中锂离子的脱出，并且增加电池内阻。因此，通过合理的方法将金属锂粉外层钝化层进行活化非常有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，采用辊压机控制加载在电极片上的辊压压力，将含有钝化层的金属锂粉通过机械外力进行破碎，让更多的金属锂表面暴露出来，从而增加金属锂粉的电化学活性，改进基于金属锂粉的锂离子电池性能，具有工艺简单环保、易于放大化生产、产品具有超高的电化学克容量等特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，包括如下步骤：
1)将含有金属锂粉的丁苯橡胶(SBR)/甲苯溶液采用涂布机均匀涂覆到以铜片为集流体的石墨电极片上，得到金属锂粉/石墨/铜电极片；
2)将金属锂粉/石墨/铜电极片转移至氩气保护的手套箱，干燥，备用；
3)将干燥后的金属锂粉/石墨/铜电极片在氩气保护的手套箱中采用辊压机进行辊压，控制辊压机辊缝大小，让金属锂粉/石墨/铜电极片匀速通过辊缝进行辊压活化；
4)将辊压活化后的金属锂粉/石墨/铜电极片保存在氩气保护的手套箱中备用。
根据以上方案，所述丁苯橡胶/甲苯溶液中丁苯橡胶的质量浓度为2％。
根据以上方案，所述干燥时手套箱中的温度为60℃，干燥时间为4h。
根据以上方案，所述辊压活化时控制辊压机辊缝大小，让金属锂粉/石墨/铜电极片匀速通过辊压机辊缝。
本发明的有益效果是：
1)本发明利用性质稳定的质量浓度为2％的SBR/甲苯溶液为粘结剂，将金属锂颗粒分布在其悬浮液中并进行均匀涂布，通过采用辊压机控制加载在电极片上的辊压压力，将含有钝化层的金属锂粉通过机械外力进行破碎，让更多的金属锂表面暴露出来，从而增加金属锂粉的电化学活性，电极片上含有的金属锂颗粒作为锂离子电池或其他电化学器件的可逆循环的锂源，具有超高的电化学克容量；
2)本发明具有工艺简单环保、易于放大化生产、产品具有超高的电化学克容量的特点，提供了一种基于钝化金属粉的电极片的活化策略，并具有大规模应用的潜力。
附图说明
图1是本发明的金属锂粉颗粒的TEM表征图；
图2是本发明的金属锂粉/石墨/铜片集流体电极片活化前的SEM表征图；
图3是本发明的金属锂粉/石墨/铜片集流体电极片活化后的SEM表征图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1，见图1至图3：
本发明提供一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，，包括如下步骤：
1)将含有金属锂粉的质量浓度为2％的SBR/甲苯溶液采用涂布机均匀涂覆到以铜片为集流体的石墨电极片上，得到金属锂粉/石墨/铜电极片；
2)将金属锂粉/石墨/铜电极片转移至氩气保护的手套箱，在60℃下干燥4h，备用；
3)将干燥后的金属锂粉/石墨/铜电极片(总厚度92微米)在氩气保护的手套箱中采用辊压机进行辊压，控制辊压机辊缝为60微米，让金属锂粉/石墨/铜电极片匀速通过辊缝进行辊压活化；
4)将辊压活化后的金属锂粉/石墨/铜电极片保存在氩气保护的手套箱中备用。
从金属锂粉颗粒的TEM(透射电子显微镜)表征图(图1)可以看出，通过有机硅油生产出的金属锂粉表面由于副反应的发生而存在一层钝化层，其主要成份为碳酸锂、氧化锂等。该钝化层的存在，会阻碍金属锂在电解液中锂离子的脱出，并且增加电池内阻。因此，通过合理的方法将金属锂粉外层钝化层进行活化非常有必要。
从扫描电镜图(SEM)片可以明显看出，相比辊压之前的金属锂粉/石墨/铜电极片(图2)，辊压之后的金属锂粉/石墨/铜电极片(图3)更加平整，且辊压前电极片表面尺寸较大的颗粒被机械外力压碎。辊压后，含有金属锂粉的电极片表面出现锂金属光泽。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将含有金属锂粉的丁苯橡胶/甲苯溶液采用涂布机均匀涂覆到以铜片为集流体的石墨电极片上，得到金属锂粉/石墨/铜电极片；
2)将金属锂粉/石墨/铜电极片转移至氩气保护的手套箱，干燥，备用；
3)将干燥后的金属锂粉/石墨/铜电极片在氩气保护的手套箱中采用辊压机进行辊压活化；
4)将辊压活化后的金属锂粉/石墨/铜电极片保存在氩气保护的手套箱中备用。
2.根据权利要求1所述的基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，其特征在于，所述丁苯橡胶/甲苯溶液中丁苯橡胶的质量浓度为2％。
3.根据权利要求1所述的基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，其特征在于，所述干燥时手套箱中的温度为60℃，干燥时间为4h。
4.根据权利要求1所述的基于钝化金属锂粉负极的电极片活化方法，其特征在于，所述辊压活化时控制辊压机辊缝大小，让金属锂粉/石墨/铜电极片匀速通过辊压机辊缝。
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