一种负极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极极片及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将聚丙烯酸和溶剂混合得到聚丙烯酸溶液，将阿拉伯树胶和溶剂混合得到阿拉伯树胶溶液，将两种溶液混合搅拌得到复合粘结剂；(2)将无水硫酸铜、氨水和溶剂混合得到铜氨溶液，使用所述铜氨溶液对铜箔进行钝化处理得到负极集流体；(3)将负极活性材料、导电剂和复合粘结剂混合得到负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，烘干后得到所述负极极片，本发明专利技术将复合粘结剂与钝化铜箔匹配制得负极极片，可以提高负极片的剥离力，改善因循环膨胀导致的负极掉粉问题，提高循环性能改善电解液的浸润效果和负极片的功率性能。片的功率性能。片的功率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)已从传统的便携式电子产品扩展到大规模的新兴应用领域，包括各种类型的电动汽车(EVs)和电力电网的能源存储。特别是，随着电动汽车的出现，全球对石油的依赖将大幅减少，而且汽车的二氧化碳排放量也将减少，因此，能源和环境问题将得到解决。伴随着全球新能源行业的蓬勃发展，汽车启停电源也正在逐步淘汰能量密度低、循环寿命短，环境污染大的铅酸电池，取而代之的将是性能更优，环境友好的锂离子电池。其中12V磷酸铁锂电池具有比能量高、循环寿命长、安全性能好、成本低廉、环境友好性等特点，更符合节能减排的时代需求。
[0003]然而，锂离子电池负极石墨在高倍率的充放电循环过程中，伴随着锂离子的高速嵌入和脱出，负极石墨反复承受较大大的体积变化，出现体积膨胀，甚至容易出现掉粉、剥落现象，使电极结构遭到破坏，从而导致其自放电增大，循环寿命迅速下降。目前降低极片膨胀率是研究的热点之一，低膨胀石墨负极的开发很迫切，而粘结剂是解决石墨负极膨胀的有效手段。粘结剂的高分子结构具有强大的内聚力，可有效抑制极片的膨胀效应。
[0004]CN113013379A公开了一种负极极片及其制备方法、锂离子电池，其所述负极极片包括负极集流体、第一负极活性材料层和第二负极活性材料层，负极集流体的至少部分表面被第一负极活性材料层包覆，第一负极活性材料层的至少部分表面被第二负极活性材料层包覆。第一负极活性材料层包括第一负极活性材料、第一导电剂和第一粘结剂。第二负极活性材料层包括第二负极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂。其中，第一负极活性材料为硅基材料或锡基材料，第二负极活性材料为无定形碳。
[0005]CN106848182A公开了一种锂离子电池负极极片的制作方法，包括如下步骤：步骤一：取负极集流体，并对负极集流体进行表面预处理；步骤二：取一定量的锡基材料及硅基材料的混合物粉末，加入粘结剂调成糊状，形成负极活性物质，将所得的负极活性物质涂覆于负极集流体上，得到初级负极材料；步骤三：对步骤二制得的初级负极材料进行表面激光熔化，在初级负极材料的表面形成熔覆层，得到锡硅复合薄膜负极极片。步骤四：对步骤三得到的锡硅复合薄膜负极极片进行热处理，得到最终的复合材料负极极片。
[0006]上述负极极片存在有浸润效果差、易掉粉或循环性能差的问题，因此，亟需制备一种用量少、粘结力强并能有效抑制极片膨胀的负极极片以满足市场的迫切需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种负极极片及其制备方法和应用，本专利技术将复合粘结剂与钝化铜箔匹配制得负极极片，不仅能有效提高负极片的剥离力，改善因循环膨胀导致的负极掉粉问题，提高循环性能，还可以改善电解液的浸润效果，缩短了离子穿梭路径，进而提高了离子电导率，改善负极片的功率性能。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种负极极片的制备方法所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将聚丙烯酸(PAA)和溶剂混合得到聚丙烯酸溶液，将阿拉伯树胶和溶剂混合得到阿拉伯树胶(GA)溶液，将两种溶液混合搅拌得到复合粘结剂；
[0011](2)将无水硫酸铜、氨水和溶剂混合得到铜氨溶液，使用所述铜氨溶液对铜箔进行钝化处理得到负极集流体；
[0012](3)将负极活性材料、导电剂和复合粘结剂混合得到负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，烘干后得到所述负极极片。
[0013]本专利技术并不对步骤(1)和步骤(2)的操作顺序进行限定，可以先进行步骤(1)也可以先进行步骤(2)。
[0014]本专利技术预先制备复合粘结剂，并对铜箔进行钝化处理，所述复合粘结剂不仅能有效提高负极片的剥离力，改善因循环膨胀导致的负极掉粉问题，提高循环性能，所述水性粘结剂配合钝化的铜箔，可以在集流体表面形成多孔的网络结构进一步改善了电解液的浸润效果，缩短了离子穿梭路径，进而提高了离子电导率，改善负极片的功率性能。
[0015]优选地，步骤(1)所述聚丙烯酸和阿拉伯树胶的质量比为(0.8～1.2):1，例如：0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1或1.2:1等。
[0016]优选地，步骤(1)所述混合搅拌的温度为20～30℃，例如：20℃、22℃、25℃、28℃或30℃等。
[0017]优选地，所述混合搅拌的时间为40～80min，例如：40min、50min、60min、70min或80min等。
[0018]优选地，步骤(2)所述铜氨溶液中硫酸铜的质量浓度为10～15g/L，例如：10g/L、11g/L、12g/L、13g/L、14g/L或15g/L等。
[0019]优选地，所述铜氨溶液中氨水的质量浓度为4～5g/L，例如：4g/L、4.2g/L、4.5g/L、4.8g/L或5g/L等。
[0020]优选地，步骤(2)所述钝化处理的时间为15～30min，例如：15min、18min、20min、25min或30min等。
[0021]优选地，所述钝化处理后进行超声清洗和真空烘干处理。
[0022]优选地，步骤(3)所述负极活性材料包括天然石墨。
[0023]优选地，所述导电剂包括导电炭黑SP。
[0024]优选地，所述负极活性材料、导电剂和复合粘结剂的质量比为(93～98):(2～4):(1～3)，例如：93:4:3、94:4:2、95:3:2、96:2:2或97:2:1等。
[0025]优选地，步骤(3)所述烘干的温度为130～150℃，例如：130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等。
[0026]优选地，所述烘干的时间为40～80min，例如：40min、50min、60min、70min或80min等。
[0027]本专利技术所述负极极片在极片干燥过程中，混合均匀的PAA和GA胶液在高温下会充分发生酯化反应从而形成交联网状结构，而酯化反应产生的H2O在真空下气化挥发，进而在极片中产生丰富的微孔结构。经过酯化干燥后的负极片结构更加稳定，且孔隙率更高
[0028]作为本专利技术的优选方案，所述制备方法包括以下步骤：
[0029](1)将聚丙烯酸和溶剂混合得到聚丙烯酸溶液，将阿拉伯树胶和溶剂混合得到阿拉伯树胶溶液，将两种溶液按照聚丙烯酸和阿拉伯树胶的质量比为(0.8～1.2):1在20～30℃下混合搅拌40～80min得到复合粘结剂；
[0030](2)将无水硫酸铜、氨水和溶剂混合得到硫酸铜的质量浓度为10～15g/L、氨水的质量浓度为4～5g/L的铜氨溶液，使用所述铜氨溶液对铜箔进行钝化处理15～30min，经超声清洗和真空烘干处理得到负极集流体；
[0031](3)将负极活性材料、导电剂和复合粘结剂按照质量比为(93～98):(2～4):(1～3)混合得到负极浆料，将所述负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将聚丙烯酸和溶剂混合得到聚丙烯酸溶液，将阿拉伯树胶和溶剂混合得到阿拉伯树胶溶液，将两种溶液混合搅拌得到复合粘结剂；(2)将无水硫酸铜、氨水和溶剂混合得到铜氨溶液，使用所述铜氨溶液对铜箔进行钝化处理得到负极集流体；(3)将负极活性材料、导电剂和复合粘结剂混合得到负极浆料，将所述负极浆料涂覆在负极集流体表面，烘干后得到所述负极极片。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚丙烯酸和阿拉伯树胶的质量比为(0.8～1.2):1。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合搅拌的温度为20～30℃；优选地，所述混合搅拌的时间为40～80min。4.如权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述铜氨溶液中硫酸铜的质量浓度为10～15g/L；优选地，所述铜氨溶液中氨水的质量浓度为4～5g/L。5.如权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钝化处理的时间为15～30min；优选地，所述钝化处理后进行超声清洗和真空烘干处理。6.如权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述负极活性材料包括天然石墨；优选地，所述导电剂包括导电炭黑SP；优选地，所述负极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：易靖宇，朱伟华，魏成卓，高夜军，魏海涛，刘子文，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：