锂电池负极电极极板的改质方法与流程

1.本发明涉及一种改质方法，且特别涉及一种锂电池负极电极极板的改质方法。


背景技术：

2.锂电池负极电极极板通常是使用天然石墨、人工石墨、软碳或硬碳等碳系材料，这些碳系材料的表面大多为疏水性质，液态电解液在极板表面较不容易润湿和渗透，因此，电极的使用面积会受到限制。尤其是当锂电池进行大电流充电时，会造成电池没办法充饱电即达到截止电压。
3.基于上述，发展出一种锂电池负极电极极板的改质方法，以提升锂电池的电性表现，为目前所需研究的重要课题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种锂电池负极电极极板的改质方法，透过电浆对锂电池负极电极极板的极板进行电浆改质，以有效地提升锂电池的电性表现。
5.本发明的锂电池负极电极极板的改质方法，包括以下步骤。将锂电池负极电极极板配置于大气电浆喷射束机台上，通入工作气体(氩气、氮气或空气等)并于大气环境下产生电浆，以电浆处理锂电池负极电极极板，使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性。
6.在本发明的一实施例中，锂电池负极电极极板为碳系材料。
7.在本发明的一实施例中，碳系材料为石墨、软碳或硬碳。
8.在本发明的一实施例中，使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性的过程中，在锂电池负极电极极板的表面接上亲水官能基。
9.在本发明的一实施例中，进行电浆处理的喷头与锂电池负极电极极板之间的距离为5mm至40mm。
10.在本发明的一实施例中，对锂电池负极电极极板进行电浆处理35次至45次。
11.在本发明的一实施例中，当工作气体为氩气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为20℃至90℃。
12.在本发明的一实施例中，当工作气体为空气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为150℃至300℃。
13.在本发明的一实施例中，当工作气体为氮气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为150℃至300℃。
14.基于上述，本发明提供一种锂电池负极电极极板的改质方法，以电浆处理锂电池负极电极极板，使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性，如此一来，电解液可更加润湿极片，因此，有助于锂电池电性表现提升，不仅可提升理论电容量，也能改善稳定性，在高电流密度下充放电后，仍可维持极高的电容保有率。
附图说明
15.图1为本发明的实例1至实例3、比较例以及铜箔比较的x光绕射分析(x-ray diffraction analysis,xrd)图谱。
16.图2a至图2d分别为本发明比较例以及实例1至实例3的扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，sem)图。
17.图3为本发明比较例以及实例2的水接触角比较图。
18.图4为本发明比较例以及实例1至实例3在不同电流密度下充放电的电容量比较图。
19.图5为本发明比较例以及实例1至实例3的拉曼图谱。
20.图6、图7、图8及图9分别为本发明比较例以及实例1至实例3的x射线光电子光谱(x-ray photoelectron spectroscopy，xps)图谱分析。
具体实施方式
21.以下，将详细描述本发明的实施例。然而，这些实施例为例示性，且本发明揭露不限于此。
22.在本文中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中说明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
23.本发明提供一种锂电池负极电极极板的改质方法，包括以下步骤。将锂电池负极极板配置于大气电浆喷射束机台上，通入工作气体(氩气、氮气或空气等)并于大气环境下产生电浆，以电浆处理锂电池负极电极极板，使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性。由于本发明是使用大气电浆喷射束机台，在大气环境下进行改质，因此，可使空气被引入，进而透过氮气进行活化(氮化)。
24.在本实施例中，锂电池负极电极极板为碳系材料，碳系材料为石墨、软碳或硬碳，石墨可包括人工石墨或天然石墨。本发明使用的碳系材料较佳例如是软碳，具有高导电性及高储存能性质。此外，在制备锂电池负极电极极板极片的过程中，可更加入导电添加剂、黏着剂及电流收集器。导电添加剂可包括片状石墨、碳黑、奈米碳管、石墨烯、碳纤维或其组合；黏着剂可包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，pvdf)、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，cmc)、苯乙烯-丁二烯橡胶(styrene-butadiene rubber，sbr)、聚酰亚胺(polyimide，pi)或聚酰胺酸(polyamide，pa)；电流收集器可包括铜箔、多孔镍或不锈钢。然而，本发明并不以此为限。
25.在本实施例中，进行电浆处理的喷头与锂电池负极电极极板之间的距离为约5mm至40mm。对锂电池负极电极极板进行电浆处理35次至45次。当工作气体为氩气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为20℃至90℃。当工作气体为空气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为150℃至300℃。当工作气体为氮气时，对锂电池负极电极极板进行电浆处理的反应温度为150℃至300℃。使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性的过程中，在锂电池负极电极极板的表面接上亲水官能基，亲水官能基可包括但不限于c-n、c-oh或c-h。
26.以下，藉由实验例来详细说明上述本发明所提出的锂电池负极电极极板的改质方法。然而，下述实验例并非用以限制本发明。
27.实验例
28.为了证明本发明所提出的锂电池负极电极极板的改质方法可使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性，进而提升锂电池电性表现，以下特别作此实验例。
29.实例1
30.以软碳0.92g、碳黑0.04g以及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，pvdf)0.04g进行混浆、涂布制备软碳极片，将涂布好的极片以80℃烘干后，以氩气常压电浆、喷头与基材距离10mm进行极片改质20次，以1m的lipf6的锂盐搭配碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)/碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)/碳酸二乙酯(diethyl carbonate)(1:1:1体积比)作为溶剂作为电解液组成钮扣型电池，测试电性表现。
31.实例2
32.以软碳0.92g、碳黑0.04g以及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，pvdf)0.04g进行混浆、涂布制备软碳极片，将涂布好的极片以80℃烘干后，以氩气常压电浆、喷头与基材距离10mm进行极片改质40次，以1m的lipf6的锂盐搭配碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)/碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)/碳酸二乙酯(diethyl carbonate)(1:1:1体积比)作为溶剂作为电解液组成钮扣型电池，测试电性表现。
33.实例3
34.以软碳0.92g、碳黑0.04g以及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，pvdf)0.04g进行混浆、涂布制备软碳极片，将涂布好的极片以80℃烘干后，以氩气常压电浆、喷头与基材距离10mm进行极片改质60次，以1m的lipf6的锂盐搭配碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)/碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)/碳酸二乙酯(diethyl carbonate)(1:1:1体积比)作为溶剂作为电解液组成钮扣型电池，测试电性表现。
35.比较例
36.以软碳0.92g、碳黑0.04g以及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，pvdf)0.04g进行混浆、涂布制备软碳极片，将涂布好的极片以80℃烘干后，以1m的lipf6的锂盐搭配碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)/碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)/碳酸二乙酯(diethyl carbonate)(1:1:1体积比)作为溶剂作为电解液组成钮扣型电池，测试电性表现。
37.图1为本发明实例1至实例3、比较例以及铜箔比较的x光绕射分析(x-ray diffraction analysis,xrd)图谱。图2a至图2d分别为本发明比较例以及实例1至实例3的扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，sem)图。图3为本发明比较例以及实例2的水接触角比较图。图4为本发明比较例以及实例1至实例3在不同电流密度下充放电的电容量比较图。图5为本发明比较例以及实例1至实例3的拉曼图谱。图6、图7、图8及图9分别为本发明比较例以及实例1至实例3的x射线光电子光谱(x-ray photoelectron spectroscopy，xps)图谱分析。
38.由图3可得知，实例2的水接触角降低，因此，本发明的锂电池负极电极极板的改质方法透过电浆处理可有效地使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性。
39.以下表1列出本发明比较例以及实例1至实例3在不同c数下的电容量。
40.表1
[0041][0042]
综上所述，本发明提供一种锂电池负极电极极板的改质方法，以电浆处理锂电池负极电极极板，使锂电池负极电极极板由疏水性改质为亲水性，其水接触角从112
°
降到60
°
。如此一来，电解液可更加润湿极片，因此，有助于锂电池电性表现提升，不仅可提升理论电容量，也能改善稳定性，在高电流密度下充放电后，仍可维持极高的电容保有率。进行充放电测试，在5a/g的电流密度下，可逆放电电容量提升到202mah/g，约提升159％。本发明之锂电池负极电极极板的改质方法未来可应用于锂电池快充技术，特别是针对电动机车或电动车的动力电池进行电池性能的提升。
[0043]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。