一種以碳纖維布為基體制備鋰離子電池負(fù)極片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極片的制備方法，具體來(lái)講，是以碳纖維布替代傳 統(tǒng)的負(fù)極片基體銅箔來(lái)制備負(fù)極極片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維布是一種新型的碳纖維衍生品，是利用碳纖維原絲通過(guò)牽切制條、紡紗織 布等工藝制得。按原材料劃分主要有PAN基碳纖維布（市場(chǎng)上90%以上為該種碳纖維布）、 黏膠基碳纖維布、浙青基碳纖維布等三種。按照織造方式分，主要有機(jī)織碳纖維布、針織碳 纖維布、編織碳纖維布、碳纖維預(yù)浸布、碳纖維無(wú)紡布等幾種。其主要用于建筑物橋梁隧道 等各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。適用于各種結(jié)構(gòu)類 型，各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。適用于港 口工程和水利水電等工程中混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固，特別適合于 曲面及節(jié)點(diǎn)等復(fù)雜形式的結(jié)構(gòu)加固。碳纖維布加固原理是：采用高性能的碳纖維配套樹(shù)脂 浸漬膠粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能 力及強(qiáng)度的目的。特點(diǎn)是施工便捷，無(wú)需大型機(jī)具設(shè)備，沒(méi)有濕作業(yè)，無(wú)需動(dòng)火，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)固 定設(shè)施，施工占用場(chǎng)地少，施工工效高。高耐久性，由于不會(huì)生銹，非常適合高酸、堿、鹽及大 氣腐蝕環(huán)境中使用。
[0003] 鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和其他附屬材料組成。鋰離子電池正負(fù)電 極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成，充電時(shí)，鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極， 負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)則相反，鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正 極，正極處于富鋰態(tài)，這也就是人們所說(shuō)的"搖椅電池"。鋰離子電池的制備工藝是將正、負(fù) 極活性材料，通過(guò)制漿分別涂覆在鋁箔、銅箔基體上，再經(jīng)過(guò)輥壓、制片、裝配、注液、化成等 工序最終制得。
[0004] 目前負(fù)極基體普遍采用的是銅箔，通過(guò)將負(fù)極材料和導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑一起配料制 成漿料涂覆在銅箔上，但是因?yàn)樨?fù)極材料一般為非金屬材質(zhì)的石墨類碳材料，所以行業(yè)內(nèi) 普遍面臨的問(wèn)題是負(fù)極活性物質(zhì)和銅箔因粘結(jié)力差而出現(xiàn)掉料、脫粉、負(fù)極極片整體柔韌 性差等問(wèn)題。而為了解決掉料、脫粉等問(wèn)題，只有通過(guò)加大粘結(jié)劑組分（CMC、SBR或PVDF) 的比例來(lái)增強(qiáng)負(fù)極材料與銅箔之間的粘附力，但是粘結(jié)劑組分過(guò)高，必然導(dǎo)致極片整體的 柔韌性，降低極片的單位體積能量密度，同時(shí)不利于最終成品電池性能的發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，而發(fā)明的一種采用碳纖維布作為負(fù)極基體來(lái) 制備鋰離子電池負(fù)極極片的方法。
[0006] -種以碳纖維布為基體制備鋰離子電池負(fù)極片的方法，其制備步驟如下： (1) 原絲制備：將碳纖維可紡浙青加熱融化，通過(guò)紡絲機(jī)制得浙青纖維原絲； (2) 原絲預(yù)氧化：將浙青纖維原絲在空氣中升溫至高于浙青軟化點(diǎn)10?50°C的溫度下 進(jìn)行氧化處理3?24小時(shí)； (3) 預(yù)氧絲布制備：將氧化處理完畢的原絲進(jìn)行牽切制條、紡紗織布得到預(yù)氧絲布； (4) 碳化處理：將預(yù)氧絲布在惰性氣體保護(hù)下，以1?20°C/min的升溫速率升溫至700 °C?1300 °C，高溫保持0. 5?5小時(shí)，然后冷卻至室溫； (5) 石墨化處理：將碳化處理后的預(yù)氧絲布再進(jìn)行高溫石墨化處理； (6) 漿料涂布：將負(fù)極漿料涂覆在經(jīng)過(guò)石墨化處理后的碳纖維布上； (7) 輥壓制片：將涂布后的負(fù)極片進(jìn)行輥壓、分切成小片； (8) 極耳粘接：在分切的小片上粘接極耳，最終得到本發(fā)明以碳纖維布為基體用作鋰離 子電池的負(fù)極片。
[0007] 進(jìn)一步，碳纖維可紡浙青軟化點(diǎn)為150?300°C，殘?zhí)苛?gt; 60%，喹啉不溶物（QI) < 3. 0%。浙青殘?zhí)苛窟^(guò)高，會(huì)增加浙青的生產(chǎn)成本，殘?zhí)苛窟^(guò)低，說(shuō)明浙青中的揮發(fā)分含量 高，會(huì)降低所制得碳纖維的強(qiáng)度和成品率。
[0008] 進(jìn)一步，浙青纖維原絲的直徑介于4?30iim，直徑太小，會(huì)增加紡絲的難度，紡出 的絲易斷，導(dǎo)致在后期制得的纖維布強(qiáng)度太低，直徑太大，會(huì)增加鋰離子進(jìn)出的通道阻力， 同時(shí)降低電池的倍率充放性能。
[0009] 進(jìn)一步：原絲預(yù)氧化的升溫速率控制0. 5?5°C/min，升溫至高于浙青軟化點(diǎn)溫度 10?50°C。升溫速率過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致原絲發(fā)生融并，溫度過(guò)低達(dá)不到氧化的效果，溫度過(guò)高， 會(huì)降低碳化處理的收率。
[0010] 進(jìn)一步，預(yù)氧絲布的厚度為50?200i!m，厚度太小會(huì)導(dǎo)致負(fù)極片的單位體積容量 下降，厚度太大會(huì)影響到后期電芯的轉(zhuǎn)配。
[0011] 進(jìn)一步，高溫石墨化處理的溫度為2600°C以上。
[0012] 進(jìn)一步，負(fù)極漿料的制備、分切成小片的尺寸是根據(jù)不同鋰離子電池型號(hào)來(lái)確定 的，具體工藝要求屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不作贅述。
[0013] 常用的極耳焊接方式是將金屬材質(zhì)的鎳極耳通過(guò)超聲或者激光的方式直接焊接 在負(fù)極的基體一銅箔上，但是本發(fā)明的負(fù)極片為非金屬材質(zhì)，不能采用常規(guī)的焊接方式，所 以本發(fā)明通過(guò)具有粘結(jié)性能的導(dǎo)電膠或者錫焊的方式將鎳極耳和碳纖維布進(jìn)行粘結(jié)。同 時(shí)，極耳的位置可以根據(jù)實(shí)際工藝要求粘結(jié)在極片的任意位置。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下： 1、 采用非金屬材質(zhì)的碳纖維布替代金屬材質(zhì)的銅箔，在技術(shù)上屬于大膽的創(chuàng)新和突 破，經(jīng)過(guò)石墨化處理后的碳纖維導(dǎo)電和散熱性能較銅箔更有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)因?yàn)樽鳛榛w的銅 箔厚度只有10ym左右，強(qiáng)度極差，采用碳纖維布作為基體，不易出現(xiàn)斷片、不會(huì)產(chǎn)生打卷 等狀況； 2、 碳纖維布與負(fù)極活性物質(zhì)同屬于石墨，除了作為基體，還可作為活性物質(zhì)的一部分， 參與鋰離子的嵌入和脫出，提高極片的體積能量密度； 3、 碳纖維布為非金屬材質(zhì)，與石墨的結(jié)合性能良好，在負(fù)極漿料的配置過(guò)程中，可以減 少粘結(jié)劑組分的比例，進(jìn)一步提高活性物質(zhì)的含量； 4、 碳纖維布中碳纖維絲錯(cuò)綜交織，形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電性能優(yōu)異，負(fù)極漿料的配 置過(guò)程中可不添加導(dǎo)電劑或者比正常情況下添加更少的量，最終所得的負(fù)極片仍具有良好 的導(dǎo)電性，電池具有更低的內(nèi)阻； 5、本發(fā)明解決了極耳和極片粘結(jié)的技術(shù)難題，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)導(dǎo)電膠或者錫焊的方式， 極耳可以放置在極片任意位置，可滿足具有特殊工藝要求的鋰離子電池。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 附圖1為本發(fā)明采用碳纖維布作為基體的負(fù)極片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明 白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0017] 實(shí)施例1 將軟化點(diǎn)為250°C的碳纖維可紡浙青加熱到280°C融化成具有流動(dòng)狀態(tài)的液體，調(diào)節(jié) 熔融紡絲機(jī)噴絲板，收得直徑介于20± 1ym的浙青纖維原絲，將原絲在空氣中以2°C/min 的升溫速率，升溫至240°C，氧化處理3小時(shí)，將氧化處理完畢的原