[发明专利]一种环境友好的锂电池负极片制作方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池零部件制造与装配技术领域，特别涉及到一种环境友好的锂电池负极片制作方法。 

背景技术

硅材料由于其理论容量大，制备成本低廉等优点，而被视作极有可能替代石墨材料作为下一代锂电池用负极材料的物质。尤其是在目前电池容量已经称为各行业发展瓶颈的阶段，硅负极材料的大容量更加受到关注。其主要面临的技术问题在于在锂离子进出过程中硅材料体积发生剧烈的膨胀，与周围材料的挤压使得材料结构发生改变，产生材料粉化的后果。影响包括容量显著下降，刺穿薄膜发生短路等问题。被广泛研究的硅负极材料制备工艺主要集中在将硅单质纳米化，以提供锂离子的进出通道，提高其充放电性能，同时降低粉化程度。但传统的锂电池硅负极制片工艺需要高温进行烘烤，极易造成硅材料在烧制过程中的团聚，丧失其纳米形貌特征，进而影响材料性能；同时在烧制过程中，硅材料容易被氧化，造成了材料容量的大幅下降。 

发明内容

本发明的目的是提出一种环境友好的制作方法，所述锂电池负极片是将硅纳米材料，导电剂碳黑与粘结剂PVDF按照质量比均匀混合，均匀的涂布于基材上，再经过干燥和切片得到；其特征在于，运用二甲亚砜(DMSO)作为粘结剂的溶胀剂，在低温条件下进行冻干，制作锂电池硅负极片，以提高硅负极材料的使用寿命，降低材料氧化程度，改善容量衰减和硅负极材料的粉化现象；具体步骤包括： 

1)将烘干的粘结剂0.2-1.2g溶于DMSO20–100ml中，在60℃下搅拌均匀 后，分多次加入0.2-1.2g导电剂，并与硅纳米材料4-18g在超声波震动下充分分散，得到混合均匀的混合物浆料，并涂覆在极片上；其中硅纳米材料粒径为20-200nm的硅颗粒； 

2)将上述涂覆硅负极材料的极片放入内部为氮气的干燥箱内，30℃烘烤12小时；在30℃条件下，使大部分DMSO挥发掉，为下一步冻干操作节省成本与时间； 

3)将步骤2)得到的极片放入真空冻干箱内，并在零下20℃至零下60℃下进行冻干操作，冻干24-72小时，冻干过程可以维持材料间相对位置不变，减少硅纳米材料的粉化程度，同时避免材料的氧化； 

4)对步骤3)所得到的极片进行切片，先裁掉极片边缘的2mm的基材，防止在基材边缘产生偏大的张力，引起材料平整度不够；切片后进行外观检查并去掉极片的毛刺。 

所述粘结剂包括丁苯橡胶(SBR)或聚偏氟乙烯(PVDF)，所述导电剂为碳黑或石墨，溶解于DMSO进行分散与制片。 

所述混合均匀的混合物浆料涂覆在极片上是将混合均匀的混合物浆料用刮刀均匀的涂布于极片基材上，该过程的浆料厚度控制在1mm。 

所述极片基材为铜箔。 

所述采用冻干法进行操作，以减少负极材料的粉化与团聚。 

所述采用冻干法进行操作，减少在烘制过程中发生的硅材料氧化问题，提供了较长的硅负极片使用寿命。 

本发明的有益效果在于可以维持硅材料、导电剂、粘结剂之间的相对结构不剧烈改变；硅纳米材料不会由于温度过高造成团聚；不会发生硅材料的氧化现象，防止容量下降。 

具体实施方式

本发明提出一种环境友好的锂电池负极片制作方法，下面通过对实施实例的描述，对本发明进一步的详细说明。 

本发明所述的负极片所用的负极材料包括但不限于纳米硅材料。所用导电剂包括但不限于碳黑、石墨等材料。所用粘结剂包括但不限于丁苯橡胶(SBR)、聚偏氟乙烯(PVDF) 

本发明的锂电池硅负极片制作方法包括涂布、冷冻干燥，切片步骤，具体步骤如下： 

实施例1 

1)将0.5g烘干的PVDF溶于30ml DMSO中，60℃下搅拌均匀后，分多次加入0.5g导电剂碳黑与9g直径为200nm的硅颗粒混合，得到混合均匀的混合物浆料。 

2)将搅拌均匀的混合物浆料用刮刀均匀的涂布于铜箔上，该过程的混合物浆料厚度控制在1mm。 

3)将涂布好的铜箔放入30℃烘箱干燥12小时，30℃可以使大部分DMSO挥发掉，节省下一步冻干操作的成本与时间。 

4)将上述极片放入真空冻干箱内，并在零下20℃下进行冻干24小时，冻干过程可以维持材料间相对位置不变，减少硅纳米材料的粉化问题，同时避免材料的氧化。 

5)将步骤4)得到的极片进行切片，先裁掉上述极片边缘约2mm的基材，这是因为极片的基材边缘会引起极片边缘张力偏大，使材料平整度不够；然后按照锂电池硅负极片尺寸切片，并进行外观检查及去掉极片的毛刺。