一种碳纤维包覆的锂电池负极极片的制备方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种碳纤维包覆的锂电池负极片的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池自上世纪90年代问世以来，得到了全世界的广泛关注和深入研究，目前已成功应用于移动电话、笔记本电脑、便携式照相机等设备。近年来，以锂电池为动力系统的新能源汽车和便携式电动工具发展迅速，对锂电池的倍率性能提出了更高的要求。因此，如何提高电池的倍率特性，尤其是负极的放电能力成为当下的研究热点。
[0003]据相关材料报道，在负极浆料中掺入碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维等超导材料能够有效地改善材料的导电性，降低电池内部的极化作用，提高锂离子的迀移速率，大大地提高锂电池的倍率放电能力。其中，纳米碳纤维能够为负极提供较为特殊的三维空间导电系统，最大程度的提高电池倍率性能。
【发明内容】
[0004]为了充分地利用碳纤维的三维导电能力，本专利设计一种新颖的技术方案将碳纤维均匀地包覆至负极片的表面，来提高电池的低温和倍率性能。
[0005]解决方案的内容为:
一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，以下制作步骤:
(1)负极制浆:将石墨、导电剂、粘结剂和溶剂按照特定比例混合，超声分散I?2h，制得
负极浆料；
(2)碳纤维乳液的制作:将粉碎后的纳米碳纤维缓慢加至浓度为0.5%的PVP水溶液，超声分散0.5?Ih后加入SBR溶液，混合均匀后得到碳纤维乳液；
(3)碳纤维包覆:利用喷射涂覆法将上述碳纤维乳液均匀地喷至负极极片的表面，控制涂覆厚度，制得碳纤维包覆的负极片。
[0006]步骤(I)所述的负极浆料中粘结剂为CMC和SBR，两者的质量比为1:1。
[0007]步骤(I)所述的负极浆料中石墨、导电剂、粘结剂的质量比为(88?95):(1.5?6):(3.5?6)，溶剂的重量占干粉总质量的65?100%。
[0008]步骤(2)所述的碳纤维材料D50为200?500nm，质量为石墨质量的I?2%。
[0009]步骤(3)所述的碳纤维的涂覆厚度为2?30um。
[0010]本发明具有以下的优点:
(1)利用超声分散处理负极浆料，能够制备出分散性较好的负极浆料，有利于制作高质量的负极片，提高负极极片的电化学性能；
(2)使用表面活性剂PVP溶液分散纳米碳纤维，能够大大的减少材料的团聚，获得均一、稳定的碳纤维乳液； (3)利用喷射涂覆法对负极进行表面包覆，能够有效地控制包覆层的厚度，形成一致性较好的碳纤维包覆负极片；
(4)以本发明获得的碳包覆负极片制作出的锂电池，具有较高的倍率放电和低温放电能力。
【附图说明】
[0011]图1是实施例1中样品a的50C高倍率放电测试图；
图2是实施例1中样品a的-20°C低温测试数据图。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
(O负极制浆和涂覆:依次称取880g石墨、60g导电剂、30gCMC和30gSBR，混合后加至650g去离子水中，超声分散lh，制得均一稳定的负极浆料;把浆料均匀地涂覆至箔材双面，烘烤后得到负极极片A。
[0013](2)碳纤维乳液的制作:将粉碎后8.8g的碳纤维(碳纤维材料的D50为500nm)缓慢加至浓度为0.5%的PVP水溶液，超声分散0.5h后加入SBR溶液，混合均匀后得到碳纤维乳液。
[0014](3)碳包覆的负极片的制作:采用喷射涂覆法将上述碳纤维乳液均匀地喷至负极极片A的表面，控制涂覆厚度2um，制得碳纤维包覆的负极片。
[0015](4)将碳纤维包覆负极片依次进行辊压、分切、极耳焊接得到负极片B，以磷酸铁锂为正极，极片B为负极，通过卷绕、注液、封装等步骤制得18650型圆柱电池，标记为样品电池
B ο
[0016]电化学性能测试:分别对样品电池a进行高倍率放电测试和低温放电测试，测试结果见附图。如图1所示，在50C的电流密度下，a电池的放电容量达到其IC容量的98.4%，具有较强的大电流放电能力。如图2所示，在_20°C的环境中，电池0.5C的放电容量达到常温容量的83.2%，展示了很好的低温性能。
[0017]实施例2
(I)负极制浆和涂覆:依次称取950g石墨、15g导电剂、17.5gCMC和17.5gSBR，混合后加至100g去离子水中，超声分散2h，制得均一稳定的负极浆料。把浆料均匀地涂覆至箔材双面，烘烤后得到负极极片C。
[0018](2)碳纤维乳液的制作:将粉碎后19g的碳纤维(碳纤维的D50为200nm)缓慢加至浓度为0.5%的PVP水溶液，超声分散Ih后加入SBR溶液，混合均匀后得到碳纤维乳液。
[0019](3)碳包覆的负极片的制作:采用喷射涂覆法将上述碳纤维乳液均匀地喷至负极极片C的表面，控制涂覆厚度30um，制得碳纤维包覆的负极片。
[0020](4)将碳纤维包覆负极片依次进行辊压、分切、极耳焊接得到负极片D，以磷酸铁锂为正极，极片D为负极，通过卷绕、注液、封装等步骤制得18650型圆柱电池，标记为样品电池
bo
[0021 ]电化学性能测试:分别对样品电池b进行高倍率放电测试和低温放电测试。经测试，电池的50C放电容量为IC容量的95%，-20°C放电为常温容量的81.2%，表现了良好的倍率性能和低温性能。
[0022]实施例3
(O负极制浆和涂覆:依次称取920g石墨、40g导电剂、20gCMC和20gSBR，混合后加至800g去离子水中，超声分散1.5h，制得均一稳定的负极浆料。把浆料均匀地涂覆至箔材双面，烘烤后得到负极极片E。
[0023](2)碳纤维乳液的制作:将粉碎后13.Sg的碳纤维(碳纤维的D50为300nm)缓慢加至浓度为0.5%的PVP水溶液，超声分散45min后加入SBR溶液，混合均匀后得到碳纤维乳液。
[0024](3)碳包覆的负极片的制作:采用喷射涂覆法将上述碳纤维乳液均匀地喷至负极极片E的表面，控制涂覆厚度20um，制得碳纤维包覆的负极片。
[0025](4)将碳纤维包覆负极片依次进行辊压、分切、极耳焊接得到负极片F，以磷酸铁锂为正极，极片F为负极，通过卷绕、注液、封装等步骤制得18650型圆柱电池，标记为样品电池
Co
[0026]电化学性能测试:分别对样品电池c进行高倍率放电测试和低温放电测试。经测试，电池50C放电时的容量为IC容量的96.6%，-20°C的放电容量达常温容量的82.5%。
【主权项】
1.一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，以下制作步骤: (1)负极制浆:将石墨、导电剂、粘结剂和溶剂混合，超声分散I?2h，制得负极浆料； (2)碳纤维乳液的制作:将粉碎后的纳米碳纤维缓慢加至浓度为0.5%的PVP水溶液，超声分散0.5?Ih后加入SBR溶液，混合均匀后得到碳纤维乳液； (3)碳纤维包覆:利用喷射涂覆法将上述碳纤维乳液均匀地喷至负极极片的表面，制得碳纤维包覆的负极片。2.根据权利要求书I所述的一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的负极浆料中粘结剂为CMC和SBR，两者的质量比为1:1。3.根据权利要求书I所述的一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的负极浆料中石墨、导电剂、粘结剂的质量比为(88?95):(1.5?6):(3.5?6)，溶剂的重量占干粉总质量的65?100%。4.根据权利要求书I所述的一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的碳纤维材料D50为200?500nm，质量为石墨质量的I?2%。5.根据权利要求书I所述的一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的碳纤维的涂覆厚度为2?30um。
【专利摘要】本发明涉及了一种碳纤维包覆的锂离子电池负极片的制备方法，主要包括以下内容：(1)负极制浆和涂覆：首先以超声分散的方法制备均匀稳定的负极浆料，然后涂覆至铜箔得到负极片A；(2)碳纤维乳液制作：利用表面活性剂PVP将难分散的纳米碳纤维进行有效的分离，制得高质量的碳纤维乳液B；(3)碳纤维包覆：利用喷射涂覆的方式将碳纤维乳液B均匀地喷至负极片A，真空干燥后得碳纤维包覆的锂电池负极片。经测试，以本发明负极片制作的锂电池具有较好的倍率放电能力和优异的低温性能。
【IPC分类】H01M4/1393
【公开号】CN105552312
【申请号】CN201510900329
【发明人】关成善, 宗继月, 李涛, 梅庆虎, 周会
【申请人】山东精工电子科技有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月9日