一种碳纤维布用作锂离子电池负极片的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂离子电池负极片的制备方法，具体来讲，本发明所述的负极片 采用的是碳纤维布。
【背景技术】
[0002] 随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空 气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题，实现低碳环保，基于目前能源技 术的发展水平，电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向，美国、日本、德国、中国等 国家相继限制燃油车使用，大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件一一动力电池也迎 来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池，包括锂离子电池、铅酸电池、燃 料电池等，其中，锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好 等优点，已成为目前各国发展的重点。
[0003] 负极材料是锂离子电池四大原材料(正极、负极、电解液、隔膜）之一，目前商业化 锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料，具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆 容量且资源丰富、价格低廉等优点，是比较理想的锂离子电池负极材料。石墨用作负极材料 时，需要通过配浆、涂布、制片、烘烤等工序最后得到负极片，再和正极片组装及其他后续工 作最终只得锂离子成品。
[0004] 碳纤维应用领域广泛，是一种性能优异的碳材料，具有强度高、热膨胀系数小、热 导率好、导电性能优异等诸多优点，中国专利CN102623704A，通过添加碳纤维，利用其高导 电性和强吸附性来制备碳酸锂一碳纤维复合负极材料以解决材料大倍率充放电性能和提 高导电性的问题，满足现代社会对锂离子电池应用的要求。中国专利CN102290582A，通过 添加纳米超长碳纤维VGCF，提高电池导电性，降低内阻。
[0005] 中国专利CN104037393A公布的一种锡/石墨烯/碳纤维复合锂电池负极材料 制备方法，石墨烯和碳纤维混合构成的网络结构，为锂离子进出电极提供了大量顺畅的输 运通道，使其可充分与负极材料接触，提高负极材料的利用效率。提高负极材料储锂的有效 位置及充放电时锂的输运速度。石墨烯和碳纤维的高导电性能可以快速的实现载流子迀 移，提高输出功率的同时能够有效地降低电池本身的内阻。
[0006] 中国专利CN102560744A公开了一种通用级沥青基碳纤维的制备方法，将化纤行 业纺丝设备成功的应用于石油系和煤系各向同性可纺沥青的纺丝生产过程中，在预氧化处 理过程中采用气相氧化法，并使用易操作、污染小的气体氧化剂进行预氧化处理，在预氧化 处理和碳化处理过程中，均采用了极佳的工艺参数优化方案，成功的生产出具有优良性能 指标的通用级沥青基碳纤维。
[0007] 以上专利均未披露碳纤维单纯用作锂离子电池负极的提示，以及采用碳纤维制备 碳纤维布负极片的方法。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的是提供一种全新的锂离子电池负极片的制备方法，改变传统的以 石墨颗粒为原料，通过配浆、涂布、制片、烘烤等工序最后得到负极片的方式，节省了铜箔基 体、粘结剂（CMC、SBR)、导电剂（SP)等其他配料和辅料，以及配套的生产设备。同时本发明 所制得的负极片，集合了碳纤维的各项优点，尤其是通过石墨化工序处理后，进一步提高了 其导电性和克容量，可满足高倍率充放电等要求。
[0009] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现，一种碳纤维布用作锂离子电 池负极片的制备方法，其制备步骤如下： (1) 原丝制备：将碳纤维可纺沥青加热融化，通过纺丝机制得沥青纤维原丝； (2) 原丝预氧化：将沥青纤维原丝在空气中升温至高于沥青软化点10?50°C的温度下 进行氧化处理3-24小时； (3) 预氧丝布制备：将氧化处理完毕的原丝进行牵切制条、纺纱织布得到预氧丝布； (4) 碳化处理：将预氧丝布在惰性气体保护下，以1?20°C/min的升温速率升温至700 °C?1300°C，高温保持0. 5?5小时，然后冷却至室温； (5) 石墨化处理：将碳化处理后的预氧丝布再进行高温石墨化处理； (6) 分切制片：将石墨化处理后的碳纤维布，分切成小片； (7) 极耳粘接：在分切的小片上粘接极耳，最终得到本发明可用作锂离子电池的碳纤维 布负极片。
[0010] 进一步，碳纤维可纺沥青软化点为150?300°C，残炭量多60%，喹啉不溶物（QI) < 3. 0%。沥青残炭量过高，会增加沥青的生产成本，残炭量过低，说明沥青中的挥发分含量 高，会降低所制得碳纤维的强度和成品率。
[0011] 进一步，沥青纤维原丝的直径介于4?30ym，直径太小，会增加纺丝的难度，纺出 的丝易断，导致在后期制得的纤维布强度太低，直径太大，会增加锂离子进出的通道阻力， 同时降低电池的倍率充放性能。
[0012] 进一步，原丝预氧化的升温速率控制0. 5?5°C/min，升温速率过高，会导致原丝 发生融并，温度过低达不到氧化的效果，温度过高，会降低碳化处理的收率。
[0013] 进一步，预氧丝布的厚度为50?200ym，厚度太小会导致负极片的单位体积容量 下降，厚度太大会影响到后期电芯的转配。
[0014] 进一步，高温石墨化处理的温度为2600°C以上。
[0015] 进一步，分切成小片的尺寸是根据不同锂离子电池型号来确定的，具体工艺要求 属于本领域技术人员所公知，在此不作赘述。
[0016] 常用的极耳焊接方式是将金属材质的镍极耳通过超声或者激光的方式直接焊接 在负极的基体一铜箔上，但是本发明的负极片为非金属材质，不能采用常规的焊接方式，所 以本发明通过具有粘结性能的导电胶或者锡焊的方式将镍极耳和碳纤维布进行粘结。同 时，极耳的位置可以根据实际工艺要求粘结在极片的任意位置。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： (1)改变了传统的锂离子电池负极片制备工艺，节省了部分辅料和生产设备，极大的降 低了生产成本； (2) 采用本发明所制得负极片，因整个负极片是一整体，较传统负极片具有更好的柔软 性和韧性，提高了电池的安全性能； (3) 本发明负极片，碳纤维丝错综交织，形成良好的导电网络，导电性能优异，能大大降 低最终成品电池的内阻，满足锂离子动力电池大电流充放电的要求； (4) 碳纤维本身具有较多的微孔结构，能保证电解液的吸收和保持，满足锂离子的快速 进出，具有优异的循环性能，是理想的负极材料。
【附图说明】
[0018] 附图1为本发明碳纤维布负极片的结构示意图。
[0019] 附图2为实施例1中负极片的充放电曲线图。
[0020] 附图3为实施例2中电池的倍率放电图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明 白了解，下面进一步阐述本发明。
[0022] 实施例1 将软化点为250°C的碳纤维可纺沥青加热到280°C融化成具有流动状态的液体，调节 熔融纺丝机喷丝板，收得直径介于20±1ym的沥青纤维原丝，将原丝在空气中以2°C/min 的升温