一种锂离子电池用快充负极厚电极及其制备方法

本发明属于快充锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池用快充负极厚电极及其制备方法。

背景技术：

1、国际能源署(iea)预测，全球电动汽车行业将在未来十年大幅增长，到2030年，全球电动汽车库存预计将达到2.3亿辆。尽管目前的电动汽车在长里程和低成本方面都取得了迅速的进步，但电动汽车较长的充电时间使得续航里程焦虑使得市场渗透率不足，由于电池容量在短时间内难以大幅提升，因此开发具有快速充电能力的锂离子电池成为进一步推动电动汽车市场化的基石。

2、美国先进电池联盟(usabc)赋予快速充电的定义是在15分钟内获得电池80％的荷电状态(state of charge,soc)，意味着电池需具备4c或更高充电速率的情况下充电到80％的荷电状态。目前，市场上大多数电动汽车充电时间需要2～6小时。特斯拉model 3使用自家的增压器充电到80％需要27分钟，保时捷taycan从5％充电到80％需要23分钟，仍然不能满足快速充电的要求。理想的快速充电技术应像加油站一样在几分钟内给电池充满电，缩短充电时间可以增加电动汽车市场渗透率，为生活带来极大便利。

3、常用石墨嵌锂动力学差，工作电位低(0.1v vs li/li+)，在高充电速率(＞1c)下存在严重问题，如产生电极机械裂纹、电解液副反应以及负极极化导致的锂枝晶的形成和严重的发热，导致电池性能下降和安全问题。因此，设计快速充电锂离子电池的关键挑战是构建高嵌锂速率的负极电极。

4、通过成分/形貌优化、结构设计以及新型快速充电负极材料的开发，能够有效提升现有负极材料的快速充电性能，但这些报道的负极材料往往合成方法复杂、制备条件严苛、单位面积活性负载低或成本居高不下，无法替代现有负极石墨材料体系。因此，开发低成本、技术途径简单、易批量生产的负极厚电极体系，是实现快充锂离子电池的关键。

技术实现思路

1、针对目前锂离子电池快充负极所面临的瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种快充负极厚电极及其制备方法，在负极电极材料中加入少量不同粒径石墨，低粒径石墨除用做活性物质贡献容量外，梯度粒径石墨还可以充当导电补充剂，在电极纵向引入更多离子通路，提升极片电子/离子电导率，加速锂离子的嵌入速率，实现高负载厚电极层面的快充负极。

2、本发明的技术方案为：

3、一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、配置活性材料：按质量份数分别称量中间相碳微球20～45％、石墨粉1000目2～4％、石墨粉2000目1.5～3％、石墨粉5000目1～2％、石墨粉8000目0.5～1％、余量为硬碳；

5、s2、将活性材料、导电剂、粘接剂按比例分散至去离子水中，得到均匀分散的浆料；

6、s3、将浆料双面涂覆于铜箔上，并真空烘干得到极片；

7、s4、将极片进行辊压，裁切成所需大小后经105℃真空烘烤12h后得到负极厚电极。

8、进一步的，所述硬碳质量占比不低于50％。

9、进一步的，所述石墨粉1000目、石墨粉2000目、石墨粉5000目、石墨粉8000目总质量占比不高于10％。

10、进一步的，活性材料、导电剂、粘接剂按90:5:5的比例分散至去离子水中。

11、进一步的，铜箔单面涂布面密度为10mg/cm2。

12、进一步的，所述真空烘干为80℃真空烘干。

13、进一步的，所述辊压的压实密度0.9mg/cm2。

14、进一步的，将制备的负极与钴酸锂(包含但不限于)正极电极组装成软包(包含但不限于)全电池进行相关性能测试。如图1、图2所示，分别为常温快充循环以及低温快充循环性能曲线图。

15、本发明的有益效果是：1)本发明以商业化硬碳、中间相碳微球、低粒径石墨粉为原料，通过调节不同原料占比，以及少量梯度粒径石墨的引入，实现电极纵向高锂离子电导与快速锂离子传输，提升锂离子电池充电速率与低温快充性能，补充现有石墨负极锂离子电池充电速率低、低温性能差的短板。2)本发明的制备方法简单，使用的原材料均来自于批量化工业产品，制备成本低，制备技术简单，工业化难度小，易实现工业化大规模生产。

技术特征：

1.一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，所述硬碳质量占比不低于50％。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，所述石墨粉1000目、石墨粉2000目、石墨粉5000目、石墨粉8000目总质量占比不高于10％。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，活性材料、导电剂、粘接剂按90:5:5的比例分散至去离子水中。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，铜箔单面涂布面密度为10mg/cm2。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，所述真空烘干为80℃真空烘干。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法，其特征在于，所述辊压的压实密度0.9mg/cm2。

8.一种锂离子电池用快充负极厚电极，其特征在于，所述负极厚电极由权利要求1-7任意一项所述的锂离子电池用快充负极厚电极的制备方法制备。

技术总结
本发明属于快充锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用快充负极厚电极及其制备方法。本发明将原料、导电剂、粘接剂按特定比例分散至去离子水中获得均匀浆料后涂覆于铜箔表面，再经烘干、辊压、裁切等步骤，制得快充负极电极片。本发明制备过程简单，原料易得，制得的负极电极片具有较高的活性负载，同时具有良好的导电性能与较高锂离子脱嵌速率，适合批量、工业化生产，在高能量密度快充锂离子电池具有巨大应用前景。

技术研发人员：吴孟强,李鹏宇,冯婷婷,张熙贵,徐自强,夏高静
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13