一种多孔锂离子电池负极片及其制备方法及由其组装的锂离子电池与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种多孔锂离子电池负极片及其制备方法及由其组装的锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池发展至今，已经成为一个非常成熟的体系。但为了降低锂离子电池的生产制造和使用成本，进一步增强锂离子电池的竞争力，也对锂离子电池提出了新的要求：低成本、高能量密度、快充、长循环等。为了实现这些目标，相关研究主要集中在电极材料升级改性、新的电芯结构设计、电池生产新工艺的开发等方面。

2、新工艺和新结构设计的开发是在现有的化学体系不变的前提下，提升电芯能量密度、实现电芯的快充和长循环。相比于电极材料升级改性，新工艺、新结构的开发成本更低，可以实现快速导入，替换原有工艺和电芯结构。现阶段，在不更换负极活性材料前提下，通常通过提升电芯能量密度的方法是增加极片涂布厚度即提升极片单位面积重量。但是厚极片存在浸润难、锂离子迁移路径长，导致充放电过程中极化大，表现出倍率性能差、循环寿命短、易析锂等问题。

3、为了解决上述问题，同时尽可能实现低成本，需要提升负极极片的有效孔隙率和电导率。中国专利cn115663110a公开了一种制备多孔厚电极的方法和应用。所述方法包括以下步骤：(1)将粘接剂、造孔剂和非水溶剂依次进行一次混合、一次分散、一次刮缸、二次混合、二次分散、二次刮缸、三次混合和三次分散后，降温后进行四次混合和四次分散，得到胶液；(2)将步骤(1)得到的胶液、导电剂和非水溶剂依次进行一次混合和一次分散后，加入电极活性物质依次进行二次混合、二次分散和二次刮缸，再加入非水溶剂依次进行三次混合和三次分散，降温后进行四次混合和四次分散，得到浆料；(3)将步骤(2)中得到的浆料涂布在集流体表面，采用阶段式干燥法对浆料进行干燥，得到所述多孔厚电极。该方法虽然可以提升负极极片的有效孔隙率，但是该方法干燥段温度较高，最高温度350～450℃，该过程可能会导致粘结剂碳化分解，破坏涂层的粘结效果，对电芯循环寿命存在影响。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种多孔锂离子电池负极片及其制备方法及由其组装的锂离子电池，该方法可制备得到多孔且孔隙分布均匀的高电导率的负极片，这样的负极片具有易浸润、高保液、高电导率的特点，可以保证电芯的大倍率性能和循环寿命。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种多孔锂离子电池负极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、(1)将羧甲基纤维素与有机导电物混合溶解于去离子水中，加入引发剂，冰浴下搅拌反应10h，得到第一混合液；

5、(2)向第一混合液中加入吸水树脂聚合单体、交联剂、引发剂，25℃搅拌6h，得到第二混合液；

6、(3)向第二混合液中加入导电剂，搅拌分散均匀，再加入负极活性物质、去离子水，搅拌分散均匀，最后加入粘结剂，搅拌分散均匀，除泡，得到固含量为45～55％的负极浆料；

7、(4)将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥，得到多孔锂离子电池负极片。

8、步骤(1)中，所述羧甲基纤维素为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂；所述有机导电物为吡咯、吡啶、苯胺中的任意一种或多种。

9、步骤(1)中，羧甲基纤维素、有机导电物、引发剂、去离子水的质量比为25～35：55～65：1：2500～2700。

10、步骤(1)中，搅拌速度为20～30rpm。

11、步骤(1)和步骤(2)中，所述引发剂为过硫酸钠或过硫酸铵。

12、步骤(2)中，所述吸水树脂聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种或两种；所述交联剂为n,n′-亚甲基双丙烯酰胺。

13、步骤(2)中，吸水树脂聚合单体、交联剂、引发剂的质量比为750～850：1.0～1.5：55～65；吸水树脂聚合单体与第一混合液的质量比为1：8～10。

14、步骤(2)中，搅拌速度为10～20rpm。

15、步骤(3)中，所述导电剂为导电炭黑；负极活性物质为石墨；粘结剂为聚丙烯酸。

16、步骤(3)中，负极活性材料、导电剂、第一混合液、粘结剂质量比为92～98：0.8～1.2：1：2.5～3.5。

17、所述步骤(3)具体包括：向第二混合液中加入导电剂，公转速度为20～30rpm，自转800～1200rpm，搅拌15～25min；再加入负极活性物质、去离子水，公转速度设置为5～15rpm，自转速度不变，搅拌5～15min，随后将公转速度调整为10～20rpm，自转速度不变，分散70～90min；最后加入粘结剂，将公转速度提升为20～30rpm，自转速度提升为1000～1400rpm，分散为140～160min，反转除泡，得到固含量为45～55％的负极浆料。

18、按照本发明所述的制备方法制备得到的多孔锂离子电池负极片，其孔隙分布均匀，具备易浸润、高保液、高电导率的性能。

19、本发明提供的多孔锂离子电池负极片的制备方法，利用互穿聚合物网络法将羧甲基纤维与有机导电物复合，使羧甲基纤维素的电导率得到提升，将极片中电绝缘的羧甲基纤维素转变为良好的导体，降低电池内阻和欧姆极化。然后再在羧甲基纤维素分子链上接枝亲水的基团，将其转变为高性能吸水树脂。高性能吸水树脂在匀浆过程中吸收浆料中的水分，在静电斥力作用下，分子链舒展开，体积膨胀，在涂布干燥阶段中，极片中吸水较少的成分首先干燥，而接枝了吸水树脂的羧甲基纤维素则在这个过程中干燥缓慢，最终出现接枝了吸水树脂的羧甲基纤维素附近的材料干燥变硬，而接枝了吸水树脂的羧甲基纤维素收缩变小，形成孔隙，实现极片造孔，获得高电导率且多孔的电极片。

20、所述多孔厚极片的涂层质量满足≥155mg/1540.25mm2。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1.本发明提供的多孔锂离子电池负极片具有多孔的形貌且孔隙分布均匀，由于负极浆料原料中的羧甲基纤维素进行了有机导电物和吸水树脂改性，其易浸润，保液和导电能力强；

23、2.本发明提供的制备方法中所用的引发剂、交联剂均可在干燥阶段分解或挥发，避免残留在电极中影响电芯性能；

24、3.利用本发明的制备方法制备的厚电极在孔隙率、电芯内阻方面具有明显的改善，有效提升了电芯的大倍率充放电性能和循环寿命。

技术特征：

1.一种多孔锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述羧甲基纤维素为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂；所述有机导电物为吡咯、吡啶、苯胺中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，羧甲基纤维素、有机导电物、引发剂、去离子水的质量比为25～35：55～65：1：2500～2700。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述引发剂为过硫酸钠或过硫酸铵。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述吸水树脂聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种或两种；所述交联剂为n,n′-亚甲基双丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，吸水树脂聚合单体、交联剂、引发剂的质量比为750～850：1.0～1.5：55～65；吸水树脂聚合单体与第一混合液的质量比为1：8～10。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述导电剂为导电炭黑；负极活性物质为石墨；粘结剂为聚丙烯酸。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，负极活性材料、导电剂、第一混合液、粘结剂质量比为92～98：0.8～1.2：1：2.5～3.5。

9.如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到的多孔锂离子电池负极片。

10.一种锂离子电池，其特征在于，以权利要求9所述的多孔锂离子电池负极片为负极。

技术总结
本发明公开了一种多孔锂离子电池负极片及其制备方法及由其组装的锂离子电池，所述制备方法包括以下步骤：将羧甲基纤维素与有机导电物混合溶解于去离子水中，加入引发剂，冰浴下搅拌反应10h，得到第一混合液；向第一混合液中加入吸水树脂聚合单体、交联剂、引发剂，25℃搅拌6h，得到第二混合液；向第二混合液中加入导电剂，搅拌分散均匀，再加入负极活性物质、去离子水，搅拌分散均匀，最后加入粘结剂，搅拌分散均匀，除泡，得到负极浆料；将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥，得到多孔锂离子电池负极片；该方法制备的负极片多孔且孔隙分布均匀，这样的负极片具有易浸润、高保液、高电导率的特点，可以保证电芯的大倍率性能和循环寿命。

技术研发人员：曾培源,邹泽贤,卫丹丹,王笑笑,晏子聪
受保护的技术使用者：芜湖天弋能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27