负极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了负极片及其制备方法和应用。其中，制备负极片的方法包括：对石墨膜进行等离子体处理，以便得到具有图案的石墨膜负极片。该方法不仅工艺简单，还能灵活调控刻蚀区域，获得具有预期图案且图案表面均匀的石墨膜负极，该石墨膜负极可直接作为石墨负极用于高功率锂电池中，无需再额外负载金属锂来诱导后续的金属锂及锂枝晶的定向生长。

【技术实现步骤摘要】
负极片及其制备方法和应用
本专利技术属于电池领域，具体而言，涉及负极片及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会的不断进步，人类对锂电池能量密度需求逐渐增大，迫使锂电池制造商不断通过压缩集流体厚度，然而变薄的集流体导热受到了极大的限制，很难快速将电池内部产生的热量传导至电池表面，从而导致电池因热失控而破坏。为解决该技术问题，可直接利用石墨膜来制备高导热免涂覆的石墨负极，然而，石墨膜表面致密，石墨膜内部的石墨烯片层沿正极集流体平行方向排列，锂离子很难直接穿透石墨烯层来获得较高的电化学容量；此外，锂离子的嵌入使石墨的膨胀都沿着石墨膜表面垂直方向，增加了电池充放电过程中的膨胀-收缩率，加速了电池的老化失效。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出负极片及其制备方法和应用。其中采用该制备方法可以获得具有预期图案的石墨膜负极片，该负极片图案表面均匀，可直接作为石墨负极用于高功率锂电池中。本专利技术主要是基于以下问题提出的：现有制备石墨负极片的方法中，有利用大功率光源对覆盖有掩模板的氧化石墨烯膜进行光刻蚀处理，再将得到的具有图案的氧化石墨烯与熔融金属锂接触，得到金属锂横向生长的复合金属锂负极，该方法虽然可以缓解石墨膜沿垂直于其表面的方向的膨胀，但是是以充电过程中金属锂横向生长为前提，且图案由掩膜版的形状决定，只能是固定图案，且形成的图案并不均匀。为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备负极片的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：对石墨膜进行等离子体处理，以便得到具有图案的石墨膜负极片。根据本专利技术上述实施例的制备负极片的方法，通过对石墨膜进行等离子体处理，不仅无需掩膜版即可实现对石墨表面的刻蚀，而且刻蚀面更为均匀；进一步地，通过调节等离子体处理过程中的工艺条件，例如石墨膜不同区域对应的等离子体强度，还可以灵活改变刻蚀区域，获得预期图案的石墨膜负极片；此外，对石墨膜进行等离子体处理还可以为锂离子的嵌入-脱出预留足够的空间和途径，充放电过程中无需使金属锂横向生长即可大大降低电池充放电过程中石墨负极的膨胀-收缩率，从而有效缓解电池的老化失效。综上，该方法不仅工艺简单，还能灵活调控刻蚀区域，获得具有预期图案且图案表面均匀的石墨膜负极，该石墨膜负极可直接作为石墨负极用于高功率锂电池中，无需再额外负载金属锂来诱导后续的金属锂及锂枝晶的定向生长。另外，根据本专利技术上述实施例的制备负极片的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，调节石墨膜不同区域对应的等离子体强度，以便获得具有预期图案的石墨膜负极片。在本专利技术的一些实施例中，所述石墨膜为聚酰亚胺石墨膜、柔性石墨纸或石墨块，优选聚酰亚胺石墨膜或柔性石墨纸。在本专利技术的一些实施例中，所述等离子体处理的气源为氧气和/或氮气。在本专利技术的一些实施例中，所述气源中氮气与氧气的体积比为(0～1)：1。在本专利技术的一些实施例中，所述等离子体处理的时间为0.5～14h，优选0.5～6h，更优选0.5～3h。在本专利技术的一些实施例中，制备负极片的方法包括：将石墨膜置于等离子体设备中，抽真空、充气源，然后放电处理0.5～14h。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种负极片。根据本专利技术的实施例，该负极片采用上述制备负极片的方法得到。该负极片不仅导热性好，而且为锂离子的嵌入-脱出提供了更多的途径和空间，将该负极片用于锂电池中可以显著改善锂离子在负极片中的扩散能力，同时提高电池的热稳定性，使电池具有较好的倍率性能和安全性能。根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种锂电池。根据本专利技术的实施例，该锂电池具有上述负极片或采用上述制备方法得到的负极片。与现有技术相比，该锂电池不仅安全性高，而且倍率性能好。在本专利技术的一些实施例中，所述锂电池为液态电池、准固态电池或全固态锂电池。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜等离子体处理30min时的表面形貌图。图2是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜等离子体处理1h时的表面形貌图。图3是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜等离子体处理5h时的表面形貌图。图4是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜等离子体处理5min时的表面形貌图。图5是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜等离子体处理24min时的表面形貌图。图6是根据本专利技术一个实施例的聚酰亚胺石墨膜未进行等离子体处理的表面形貌图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种制备负极片的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：对石墨膜进行等离子体处理，以便得到具有图案的石墨膜负极片。该方法不仅工艺简单，还能灵活调控刻蚀区域，从而能够获得具有预期图案且图案表面均匀的石墨膜负极，并为锂离子的嵌入-脱出预留足够的空间和途径，该石墨膜负极可直接作为石墨负极用于高功率锂电池中，无需再额外负载金属锂来诱导后续的金属锂及锂枝晶的定向生长。下面对本专利技术上述实施例的制备负极片的方法进行详细描述。根据本专利技术的一个具体实施例，可以调节石墨膜不同区域对应的等离子体强度，以便获得具有预期图案的石墨膜负极片，本专利技术中通过对石墨膜进行等离子体处理，不仅无需掩膜版即可实现对石墨表面的刻蚀，且刻蚀面更为均匀；而且通过调节石墨膜不同区域对应的等离子体的电场强度，还可以灵活调控刻蚀区域和单位时间内的刻蚀程度，从而获得预期图案和刻蚀效果的石墨膜负极片。根据本专利技术的再一个具体实施例，本专利技术中石墨膜的来源并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，石墨膜可以为聚酰亚胺石墨膜、柔性石墨纸、不具有柔性或柔性较差的膜状石墨块，优选可以为聚酰亚胺石墨膜或柔性石墨纸。根据本专利技术的又一个具体实施例，等离子体处理的气源可以为氧气和/或氮气，例如可以单独以氧气或氮气作为气源，也可以以氧气和氮气的混合气体作为气源，专利技术人发现，不同气源组成的等离子体射流对石墨膜的作用效果并不相同，其中，单独采用氮气或单独采用氧气作为气源均能避免大气压下产生等离子体的不稳定性，获得稳定、均匀的放电射流，且在惰性气体中掺入氧气作为气源时放电电流和放电功率相较于氮气气源也会变大。进一步地，气源中氮气与氧气的体积比可以为(0～1)：1，例如可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等，通过控制气源中氮气和氧气上述体积比，可以进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备负极片的方法，其特征在于，包括：对石墨膜进行等离子体处理，以便得到具有图案的石墨膜负极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备负极片的方法，其特征在于，包括：对石墨膜进行等离子体处理，以便得到具有图案的石墨膜负极片。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节石墨膜不同区域对应的等离子体强度，以便获得具有预期图案的石墨膜负极片。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述石墨膜为聚酰亚胺石墨膜、柔性石墨纸或石墨块，优选聚酰亚胺石墨膜或柔性石墨纸。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理的气源为氧气和/或氮气。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气源中氮气与氧气的体积比为(0～1)：1。

【专利技术属性】
技术研发人员：谢普，李艳红，张国军，尚旭，石兴菊，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32