【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种电池材料加工领域的技术，具体是一种电池负极极片及其制备方法与应用。
技术介绍
1、金属锂具有极高的理论容量（3680mah/g）和超低的氧化还原电位（-3.040vvs.she），被认为是极具前景的负极材料。然而，枝晶生长问题和无限的体积膨胀严重阻碍了它的实际应用，其他活性金属负极存在相同问题。为此，研究者们采用稳定的人工固体电解质界面、隔膜修饰设计、开发电解质添加剂和固态电解质以及构建三维骨架基体的手段等来调控活性金属离子的沉积/剥离行为，缓解循环过程中体积膨胀并抑制枝晶生长。其中，结构化活性金属负极可以同时抑制枝晶生长和体积变化。然而，采用三维骨架结构作为活性金属基底时，由于骨架内部存在传质动力学缓慢以及扩散路径延长等问题，导致骨架内部浓差极化，活性金属更容易直接沉积在骨架表面。这种活性金属的“顶部沉积”行为阻塞了金属离子向骨架内部的传输，从而导致多孔结构的内部利用率较低，在顶部形成金属枝晶。
2、为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术由此而来。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种电池负极极片及其制备方法与应用，采用涂布工艺在集流体基材表面制备电子电导率逐步变化的三维多孔碳纳米纤维涂层，得到一种结构稳定、工作弹性好、活性金属运输及存储效率高的负极极片。
2、本专利技术第一方面涉及一种电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：
3、将碳纳米纤维分散液与有机聚合物溶液混合，制成至少三种混合比例
4、对于一些具体的实施方案，所述涂层浆料中碳纳米纤维分散液的比例不超过95wt%，例如比例为95wt%、90wt%、80wt%、70wt%、60wt%、50wt%、40wt%、30wt%、20wt%、10wt%、5wt%、1wt%等。
5、优选地，所述碳纳米纤维分散液包括碳纳米纤维和有机溶剂，碳纳米纤维和有机溶剂的重量比例为1：（5～10），例如比例为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10等。
6、优选地，所述有机聚合物溶液包括粘结剂和有机溶剂，粘结剂和有机溶剂的重量比例为1：（5～10），例如比例为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10等。
7、优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯（pvdf）、聚氧化乙烯（peo）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（pvdf-hfp）中的至少一种。
8、优选地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺（dmf）、二甲基乙酰胺（dmac）、丙酮中的至少一种，碳纳米纤维分散液和有机聚合物溶液采用的有机溶剂可以是相同的也可以是不同的。
9、对于一些具体的实施方案，所述造孔剂为甘油、己烷、丁醇、环己醇中的至少一种；优选地，碳纳米纤维分散液和有机聚合物溶液均包括造孔剂，从而能够更好地控制孔隙率及其范围以及孔隙的分布均匀性；进一步优选地，碳纳米纤维分散液中造孔剂重量为碳纳米纤维重量的1～2倍，有机聚合物溶液中造孔剂重量为粘结剂重量的1～2倍。
10、对于一些具体的实施方案，所述电池负极极片在多孔碳纳米纤维涂层上涂布有所述有机聚合物溶液，所述有机聚合物溶液包括所述造孔剂，经干燥处理可形成隔膜，因而在制作电池时无需额外配置隔膜。
11、对于一些具体的实施方案，干燥处理可在每层分散液涂布完成后进行，亦可在多层分散液一起涂布完成后进行；对于多层分散液一起涂布，很大概率在相邻两层的接触界面处会出现不同浓度分散液的混合。
12、本专利技术第二方面涉及一种电池负极极片，采用上述方法制成；电池负极极片上负极膜片孔隙率为70%～90%，孔径为1～5μm，比表面积为16～20m2/g。
13、本专利技术第三方面涉及一种上述电池负极极片在碱金属电池中的应用，如应用于锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池。
14、与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：
15、1）多孔碳纳米纤维涂层为多层结构涂层；在该多层结构涂层中，沿着极片厚度方向，自集流体基材侧向外（隔膜方向），涂层的电子电导率逐步减小，注入电解液、施加电场后负极内部的电极电位分布具有差异性，越靠近集流体基材部位电极电位越低，促使电解液中活性金属离子向碳纳米纤维三维骨架内部，即向靠近集流体基材方向迁移，活性金属率先在靠近集流体部位沉积，然后沿着三维孔道依次向外沉积，确保“由内而外”的电沉积行为，有效避免活性金属沉积在三维骨架外部形成枝晶；而且，涂层中三维网络骨架孔隙率高，孔径大，具有极大的储能空间，可保证尽可能多的活性金属均匀沉积在碳纳米纤维层内部，使得电池负极在充放电过程中体积变化为零；
16、2）用于锂、钠或钾离子电池负极，电化学性能好、活性金属存储效率高且结构稳定；
17、3）碳纳米纤维和粘结剂分别制成分散液和溶液后再混合，避免了直接添加混合过程中，受粘结剂影响，碳纳米纤维在局部聚集成团的问题，保证了涂层各层的均匀性；
18、4）制备方法简单，产品一致性好，可操作性强，具有广泛的商业化应用前景。
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1.一种电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂层浆料中碳纳米纤维分散液的比例不超过95wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米纤维分散液包括碳纳米纤维和有机溶剂，碳纳米纤维和有机溶剂的重量比例为1：（5～10）。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机聚合物溶液包括粘结剂和有机溶剂，粘结剂和有机溶剂的重量比例为1：（5～10）。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的至少一种。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为甘油、己烷、丁醇、环己醇中的至少一种；优选地，碳纳米纤维分散液中造孔剂重量为碳纳米纤维重量的1～2倍，有机聚合物溶液中造孔剂重量为粘结剂重量的1～2倍。
8.根据权利要求1所述的制
9.一种电池负极极片，其特征在于，采用权利要求1～8所述制备方法制成；电池负极极片上负极膜片孔隙率为70%～90%，孔径为1～5μm，比表面积为16～20m2/g。
10.一种权利要求9所述电池负极极片在碱金属电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂层浆料中碳纳米纤维分散液的比例不超过95wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米纤维分散液包括碳纳米纤维和有机溶剂，碳纳米纤维和有机溶剂的重量比例为1：（5～10）。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机聚合物溶液包括粘结剂和有机溶剂，粘结剂和有机溶剂的重量比例为1：（5～10）。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的至少一种。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金娥，董明，
申请(专利权)人：苏州第一元素纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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