一種抗膨脹的硅碳負(fù)極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種裡離子電池的負(fù)極片及其制備方法，具體地，設(shè)及一種抗膨脹的 娃碳負(fù)極片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 負(fù)極材料是裡離子電池的重要組成部分，他直接影響著電池的能量密度、循環(huán)壽 命和安全性能等關(guān)鍵指標(biāo)。未來的裡離子電池負(fù)極材料必將向高容量方向發(fā)展，才能解決 現(xiàn)有電池能量密度低的問題。娃材料是一種具有超高比容量的(理論容量4200mAh/g)的負(fù) 極材料，是傳統(tǒng)碳系材料容量的十余倍，且放電平臺(tái)與之相當(dāng)，因此被視為下一代裡離子電 池負(fù)極材料的首選。然而，純娃在充放電過程中發(fā)生巨大的體積變化(體積膨脹率300%)，導(dǎo) 致其粉化，進(jìn)而影響到電池的安全性。另一方面，純娃的電子導(dǎo)電率較低，很難提升裡離子 電池的大電流充放電能力，基于W上兩方面問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)娃碳負(fù)極展開了大量的 研發(fā)工作，但目前的娃碳負(fù)極普遍存在W下問題： 在裡離子電池首次充電過程中，裡離子嵌入娃碳負(fù)極造成娃的體積膨脹，放電時(shí)，隨著 裡離子的脫出，娃碳負(fù)極體積收縮，娃的運(yùn)種體積上的變化會(huì)產(chǎn)生大量的不可逆容量損失， 最終造成首次放電效率低； 隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，娃的體積膨脹會(huì)使得初次形成的SEI膜（固體電解質(zhì)界 面膜，solid electrolyte interhce膜）不斷遭到破壞，同時(shí)體積膨脹會(huì)露出新鮮的負(fù)極 表面，新鮮表面又會(huì)與電解液、裡離子反應(yīng)再次形成SEI，如此循環(huán)往復(fù)，裡離子電池的容量 不斷降低，循環(huán)衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致壽命降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種用于裡離子電池的負(fù)極片及其制備方法，適用于提高能 量密度和延長(zhǎng)使用壽命，降低發(fā)熱量的大容量裡離子電池，利用內(nèi)置石墨締和外部納米碳 纖維協(xié)同作用，提高娃碳負(fù)極片的機(jī)械強(qiáng)度。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，該娃碳負(fù)極片 由涂覆漿料的金屬錐材構(gòu)成；所述的漿料包含內(nèi)置石墨締的娃碳粉體、粘結(jié)劑、溶劑W及碳 納米管；按質(zhì)量百分比計(jì)，所述的漿料中內(nèi)置石墨締的娃碳粉體的含量為90^^95%、粘結(jié)劑 的含量為3%~4. 5%、碳納米管的含量為0. 5%~2. 5%。 陽0化]上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的漿料粘度為3000 mPa. S~5000 mPa. S。
[0006] 上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的漿料細(xì)度為1 ym~30 ym。
[0007] 上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的漿料按質(zhì)量百分比計(jì)，固含量為 45%~55%〇
[0008] 上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的粘結(jié)劑為聚偏氣乙締，所述的溶劑為 N-甲基化咯燒酬；所述的金屬錐材為銅錐。
[0009] 上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的內(nèi)置石墨締的娃碳粉體，其內(nèi)置石墨締 與外部碳納米管構(gòu)成空間立體結(jié)構(gòu)將娃碳粉體牢牢鎖在其內(nèi)，有效地防止娃碳負(fù)極在充放 電過程中發(fā)生的體積膨脹。
[0010] 上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，其中，所述的內(nèi)置石墨締的娃碳粉體，按質(zhì)量百分比 計(jì)石墨締含量為0. 3%~5%、娃碳為95%~99. 7%。
[0011] 本發(fā)明也提供了一種上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片的制備方法，其中，所述的方法 包含：步驟1，按比例將石墨締（0. 3wt%~5wt%之間）、娃（lwt%~30wt%之間）及含碳量高的高 聚物（65wt%~90wt%之間，如酪醒樹脂、漸青、環(huán)氧樹脂等等，碳含量在60wt%~85wt%之間） 作為原材料，混合后通過高溫裂解（800°C ~300(TC之間）得到碳顆粒，并與娃復(fù)合形成娃碳 粉體，在此過程中石墨締嵌入到娃碳粉體內(nèi)部；娃碳粉體粒徑在5~20 ym之間，克容量在 350~500mAh/g之間。步驟2,依次按比例稱取粘結(jié)劑、溶劑、碳納米管和內(nèi)置石墨締的娃碳 粉體；將粘結(jié)劑和溶劑加入攬拌罐高速攬拌(公轉(zhuǎn)：20~5化pm之間，分散：2000~400化pm之 間）得到膠液，再加入碳納米管高粘度（10000 mPa ? S W上64#轉(zhuǎn)子30巧m)高速攬拌（公 轉(zhuǎn)：20~5化pm之間，分散：2000~400化pm之間）均勻后，加入內(nèi)置石墨締的娃碳粉體高速攬 拌(公轉(zhuǎn)：20~5化pm之間，分散：2000~400化pm之間)后得到含有碳納米管的漿料；該含有納 米碳纖維漿料粘度在1500 mPa. S ~ 5000 mPa.s，細(xì)度在Iym~30 Jim之間，按質(zhì)量百分比 計(jì)，固含量在45%~55%之間。步驟3,通過噴涂將制得漿料按照實(shí)際面密度需求涂敷在金屬 錐材上，單面涂敷結(jié)束后進(jìn)行雙面涂覆。所述的粘結(jié)劑為聚偏氣乙締，所述的溶劑為N-甲 基化咯燒酬；所述的金屬錐材為銅錐。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種裡離子電池，其中，所述的裡離子電池包含上述的抗膨脹的 娃碳負(fù)極片。
[0013] 上述的裡離子電池，其中，所述的裡離子電池，其全電池0.2C克容量發(fā)揮為350 mAh/g~500 mAh/g，首次效率為 80 %~90 %，壓實(shí)密度為 1.0 g/cm3~2. 0 g/cm3。
[0014] 本發(fā)明提供的抗膨脹的娃碳負(fù)極片及其制備方法具有W下優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明利用石墨締高抗拉強(qiáng)度的二維平面結(jié)構(gòu)嵌入到娃碳顆粒內(nèi)部，利用碳納米管 (CNT)的高柔初性一維中空線狀結(jié)構(gòu)包裹在娃碳顆粒表面，內(nèi)外相結(jié)合形成一個(gè)=維立體 結(jié)構(gòu)將顆粒牢牢鎖在里面，有效防止由于電池在充放電過程中由于極片膨脹導(dǎo)致裡離子沉 積；另外，本發(fā)明間接降低了導(dǎo)電劑的含量，增加活性物質(zhì)的含量，從而提高電池容量。
【具體實(shí)施方式】
[0015] W下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步地說明。
[0016] 本發(fā)明提供的抗膨脹的娃碳負(fù)極片，由涂覆漿料的金屬錐材構(gòu)成； 漿料包含內(nèi)置石墨締的娃碳粉體、粘結(jié)劑、溶劑W及碳納米管；按質(zhì)量百分比計(jì)，漿料 中內(nèi)置石墨締的娃碳粉體的含量為90^^95%、粘結(jié)劑的含量為3?^. 5%、碳納米管的含量為 0. 5%~2. 5%。粘結(jié)劑為聚偏氣乙締，溶劑為N-甲基化咯燒酬；金屬錐材為銅錐。
[0017] 漿料粘度為3000 mPa. S~5000 mPa. S。漿料細(xì)度為1 y m~30 y m。漿料按質(zhì)量百分 比計(jì)，固含量為45%~55%。
[0018] 內(nèi)置石墨締的娃碳粉體，其內(nèi)置石墨締與外部碳納米管構(gòu)成空間立體結(jié)構(gòu)將娃碳 粉體牢牢鎖在其內(nèi)，有效地防止娃碳負(fù)極在充放電過程中發(fā)生的體積膨脹。內(nèi)置石墨締的 娃碳粉體按質(zhì)量百分比計(jì)石墨締含量為0. 3%~5%、娃碳材料為95%~99. 7%。
[0019] 本發(fā)明也提供了一種上述的抗膨脹的娃碳負(fù)極片的制備方法，包含： 步驟1，按比例將石墨締（0. 3wt%~5wt%之間）、娃材料（lwt%~30wt%之間）及含碳量高 的高聚物（65wt%~90wt%之間，如酪醒樹脂、漸青、環(huán)氧樹脂等等，碳含量在60wt%~85wt%之 間)作為原材料，混合后通過高溫裂解（800°C~300(rC之間)得到碳顆粒，并與娃復(fù)合形成娃 碳粉體，在此過程中石墨締嵌入到娃碳粉體內(nèi)部；娃碳粉體粒徑在5~20 ym之間，克容量在 350~500mAh/g 之間。
[0020] 步驟2,依次按比例稱取粘結(jié)劑、溶劑、碳納米管和內(nèi)置石墨締的娃碳粉體；將粘 結(jié)劑和溶劑加入攬拌罐高速攬拌(公轉(zhuǎn)：20~50rpm之間，分散：2000~400化pm之間）得到膠 液，再加入碳納米管高粘度（10000 mPa.SW上64#轉(zhuǎn)子30巧m)高速攬拌(公轉(zhuǎn)：20~5化pm 之間，分散：2000~400化pm之間）均勻后，加入內(nèi)置石墨締的娃碳粉體高速攬拌(公轉(zhuǎn)： 20~50rpm之間，分散：2000~400化pm之間)后得到含有碳納米管的漿料；該含有納米碳纖維 漿料粘度在1500 mPa.S~ 5000 mPa.S，細(xì)度在1 ym~30 ym之間，按質(zhì)量百分比計(jì)，固含量 在45%~55%之間。
[0021] 步驟3,通過噴涂將制得漿料按照實(shí)際面密度需求涂敷在金屬錐材上，單面涂敷結(jié) 束后進(jìn)行雙面涂覆。
[0022] 其中，粘結(jié)劑為聚偏氣乙締，溶劑為N-甲基化咯燒酬；金屬錐材為銅錐。
[0023] 石墨締結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨締中有碳原子缺失的情況， 其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa和1. ITPa,強(qiáng)度極限為42N/m2。由于石墨締中各碳 原子之間的連接非常柔初，當(dāng)時(shí)施加機(jī)械力時(shí)，碳原子就彎曲變形，從而使碳原子不必重新 排列來適應(yīng)外力，進(jìn)而保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于碳納米管中的碳原子