CN110911630A - 一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法，属于锂离子电池领域。本发明的高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括以下步骤：1)按质量比例1～5:5～10:1～3:1～3称取纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，加入适量去离子水搅拌，制备成浆料，加入15‑25％体积的0.1～0.15mol/L氯化铵溶液，并加入适量去离子水调节粘度；2)极片先在60‑100摄氏度下加热至水挥发，再于110‑140摄氏度真空干燥，将氯化铵全部去除，测得孔隙率为65‑75％；3)充放电测试表明极片的单位面积容量为8‑10mA h/cm2，循环100次容量保持率在90％以上。

Description

一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高孔隙率锂离子电池极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有无记忆效应、工作电压高、安全、寿命长及循环性能好的优点，被广泛用于电动汽车、电子设备以及储能设备中，使得人们对锂离子电池的能量密度要求也越来越高。提高电池极片的厚度，不仅是一种有效提高能量密度的方法之一，也是降低电池成本的有效措施。因为这样可以降低集流体和隔膜的相对用量，从而提高能量密度，降低成本。但随着极片厚度的提高，由于扩散长度增加，极片的电化学性能显著下降。此外，对于一些体积膨胀大的电池材料，如硅、锡等负极材料，提高极片厚度将使极片无法在充放电过程中保持稳定，循环性能很差。
硅基材料与金属锂可形成的Li22Si5材料具有高达4200mAh/g比容量,是目前比容量最高的负极材料，但是，锂离子在材料中进行反复脱嵌时电极材料体积膨胀严重，结构极其不稳定，因此硅基材料循环寿命较短。因此，现有技术还有待于改善。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池高孔隙率极片的制备方法，能够在提高极片单位面积容量的同时，并缓解极片的体积膨胀。
本发明的技术方案如下：
一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量比1～5:5～10:1～3:1～3混合，将混合物料和去离子水按照20～10:1混合均匀，制备成浆料，加入占浆料15～20％体积的0.1～0.15mol/L氯化铵，并加入水调节粘度；该粘度能保证其能涂布于集流体上即可；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体以2～4℃/min的速度升温至60-100℃，加热至水挥发，再于110-140℃真空干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
上述第三步中得到锂离子电池极片为正极片或者负极片。
上述第一步中优选，加入占浆料20％体积的0.1mol/L氯化铵。
上述方法制备得到的高孔隙率锂离子电池极片的孔隙率为65～75％；极片的单位面积容量为8～10mA h/cm2，循环100次容量保持率在90％以上。
本发明有益效果为：锂离子电池高孔隙率极片，能够显著缓解电池材料体积膨胀大的问题，改善厚极片的电化学性能。
具体实施方式
实施例1
一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量1g、0.5g、0.1g、0.1g加入到去离子水中并混合均匀，制备成浆料，加入15％体积的0.1mol/L氯化铵，并加入适量水调节粘度；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体在以2～4℃/min的速度升温至60℃以下加热至水挥发，再于110℃真空干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
该负极片的孔隙率为66％；极片的单位面积容量为8mA h/cm2，循环100次容量保持率在92.1％。
实施例2
一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量3g、0.8g、0.22g、0.3g加入到去离子中并混合均匀，制备成浆料，加入25％体积的0.1mol/L氯化铵，并加入适量水调节粘度；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体在以2～4℃/min的速度升温至75℃以下加热至水挥发，再于140℃真空干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
该负极片的孔隙率为72％；极片的单位面积容量为8.5mA h/cm2，循环100次容量保持率在94％。
实施例3
一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量5g、1g、0.3g、0.2g加入到去离子中并混合均匀，制备成浆料，加入20％体积的0.1mol/L氯化铵，并加入适量水调节粘度；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体在以2～4℃/min的速度升温至80℃下加热至水挥发，再于130℃真空环境下干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
该负极片的孔隙率为75％；极片的单位面积容量为10mA h/cm2，循环100次容量保持率在96％以上。
实施例4
一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量4g、0.9g、0.25g、0.25g加入到去离子中并混合均匀，制备成浆料，加入22％体积的0.1mol/L氯化铵，并加入适量水调节粘度；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体在以2～4℃/min的速度升温至83℃下加热至水挥发，再于135℃真空环境下干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
该负极片的孔隙率为73％；极片的单位面积容量为9mA h/cm2，循环100次容量保持率在90％。
Figure BDA0002244050500000041

Claims (4)

1.一种高孔隙率锂离子电池极片的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
第一步，将纳米硅粉、乙炔黑、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶分别按质量比1～5:5～10:1～3:1～3混合，将混合物料和去离子水按照20～10:1混合均匀，制备成浆料，加入占浆料15～20％体积的0.1～0.15mol/L氯化铵，并加入水调节粘度；
第二步，将第一步得到的混合浆料涂布于铜箔或者铝箔集流体上，得到极片预制体；
第三步，将极片预制体以2～4℃/min的速度升温至60-100℃，加热至水挥发，再于110-140℃真空干燥，将氯化铵全部去除，得到锂离子电池极片。
2.根据权利1要求所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于，第三步中得到锂离子电池极片为正极片或者负极片。
3.根据权利1要求所述的锂离子电池极片制备方法，其特征在于，加入占浆料20％体积的0.1mol/L氯化铵。
4.采用权利要求1-3任一方法制备得到的高孔隙率锂离子电池极片，其特征在于，该极片的孔隙率为65～75％；极片的单位面积容量为8～10mA h/cm2，循环100次容量保持率在90％以上。
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