一种双层负极片及其制备方法和锂离子电容器与流程

本发明属于储能设备领域，特别涉及一种双层负极片及其制备方法和锂离子电容器。

背景技术：

1、锂离子电容器具有比能量和功率性能高、倍率放电能力良好、自放电率低、工作温度范围宽和循环寿命好等优点，在军事装备领域中已经取得了非常广阔的应用。例如在高功率微波武器上，锂离子电容器已被采用作为微波武器发射的主电源，以维持高的能量密度和功率密度。随着相关军事装备技术的发展，要求配置的储能电源具有高比能量、较大功率、高安全可靠、宽工作温度范围等特性。

2、商用的锂离子电容器(如汽车用锂离子电容器)负极材料主要是硬碳(hc)和石墨类，其中，硬碳在锂离子电池中的比容量可以达到1000mah/g左右，几乎是石墨的3倍，此外，由于结构中的3d离子转移路径，硬碳的倍率性能要远优于石墨，硬碳的负极表现出低电位的平台，在≤0.2v(相对于li+/li)下具有相当大的容量，这使得它们能够在锂离子电池中提供高的功率密度。但是，硬碳的首次库伦效率(ice)一般在70％，比表面积高的甚至更低。

3、针对上述技术问题，申请公布号为“cn 114899354 a”的专利公开了一种多层负极片、其制备方法及二次电池；该专利中的多层负极片，包括涂覆在集流体表面的超薄底涂层、涂覆于超薄底涂层表面的第一涂覆层和涂覆于第一涂覆层表面的第二涂覆层，所述第一涂覆层包括第一活性物质，第一活性物质为石墨、软碳或硬碳；第二涂覆层包括第二活性物质，第二活性物质为石墨、软碳或硬碳；超薄底涂层包括第三活性物质，第三活性物质为碳纳米管。该专利提供的多层负极片，兼具有高能量负载和快离子传递性能，不仅提高电池的能量密度，同时也有效防止电池析锂，提高电池安全性能、循环性能和倍率性能；但基于该多层负极片的锂离子电池的高倍率放电性能较差以及首次库伦较低等，使得无法满足航空航天、军用和高功率等方面的使用要求。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种双层负极片放入制备方法，以解决硬碳首效低和在超高倍率恒流放电情况下的功率密度不足的问题。

2、本方案中的一种双层负极片的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、负极浆料a的制备：将硬碳(hc)、导电炭黑(sp)、天然石墨(ks-6)、单壁碳纳米管分散液和聚偏氟乙烯(pvdf)按照(92～96)∶(2.0～0.82)∶(2.18～1.05)∶(0.18～0.13)∶(3.64～2.0)的质量比在露点为-30～-40℃的干燥房中，搅拌混匀得到捏合材料a；再加入1-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)搅拌均匀，调至粘度为3000-6000mpa·s，得到负极浆料a；

4、步骤二、负极浆料b的制备：将hl混合物、导电炭黑(sp)、天然石墨(ks-6)、单壁碳纳米管分散液和聚偏氟乙烯(pvdf)按照(92～96)∶(2.0～0.82)∶(2.18～1.05)∶(0.18～0.13)∶(3.64～2.0)的质量比在露点为-30～-40℃干燥房中搅拌混匀得到捏合材料b；再加入1-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)搅拌均匀，调至粘度为3000-6000mpa·s，得到负极浆料b；hl混合物由hc(硬碳)和lcn(锂钴氮化物)按照mlcn/m(hc+lcn)＝0～10％质量比混匀得到；

5、步骤三、双层负极片的制备：在铜集流体的两面均涂布两层负极浆料，两层负极浆料分别为负极浆料a和负极浆料b，两层负极浆料有区别，若第一层为负极浆料a，则第二层为负极浆料b，反之亦然；具体的：先在铜集流体的两面均涂布一层负极浆料a或负极浆料b，并于80～120℃的温度下首次烘干；再在铜集流体的两面涂布另一层负极浆料，然后进行二次烘干得到负极涂片；最后将负极涂片辊压并分切，得到双层负极片。

6、进一步，步骤一和/或步骤二中，使用真空搅拌机对物料进行搅拌混匀。

7、进一步，步骤三中，使用涂布机将负极浆料涂布在铜集流体上。

8、进一步，步骤三中，首次烘干时间为30～60min。

9、进一步，步骤三中，二次烘干时，采用真空烘干，具体的：在铜集流体的两面涂布另一层负极浆料后，在真空干燥仪中连续真空干燥18～24h，真空度≤-0.095mpa。

10、进一步，步骤三中，使用对辊机对负极涂片进行辊压。

11、进一步，步骤三中，使用分切机对辊压后的负极涂片进行分切。

12、通过实验验证，通过上述制备方法获得的双层负极片，与钴酸锂正极片组装成锂离子电容器，具备较高的倍率性能和容量，解决了硬碳首效低和在超高倍率恒流放电情况下的功率密度不足的问题。因此本申请还请求保护通过上述制备方法制备的双层负极片，以及包含上述双层负极片的锂离子电容器。本申请的锂离子电容器可以有效满足航空航天、军用和高功率等方面的使用要求，也可以用于汽车等商用领域。

技术特征：

1.一种双层负极片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤一和/或步骤二中，使用真空搅拌机对物料进行搅拌混匀。

3.根据权利要求2所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤三中，使用涂布机将负极浆料涂布在铜集流体上。

4.根据权利要求3所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤三中，首次烘干时间为30～60min。

5.根据权利要求4所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤三中，二次烘干时，采用真空烘干，具体的：在铜集流体的两面涂布另一层负极浆料后，在真空干燥仪中连续真空干燥18～24h，真空度≤-0.095mpa。

6.根据权利要求5所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤三中，使用对辊机对负极涂片进行辊压。

7.根据权利要求6所述的一种双层负极片的制备方法，其特征在于：步骤三中，使用分切机对辊压后的负极涂片进行分切。

8.一种双层负极片，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。

9.一种锂离子电容器，其特征在于：包含权利要求8所述的双层负极片。

技术总结本方案提出了一种储能设备领域的双层负极片制备方法。制备过程包括三个主要步骤：首先，制备负极浆料A，将硬碳、导电炭黑、天然石墨、单壁碳纳米管分散液和聚偏氟乙烯按特定质量比在露点为‑30～‑40℃干燥房中搅拌混匀，再加入1‑甲基‑2‑吡咯烷酮搅拌均匀；其次，制备负极浆料B，过程与A相似，但使用HL混合物(由硬碳和锂钴氮化物按特定比例混匀)替代部分硬碳；最后，制备双层负极片，先在铜集流体的两面涂布一层负极浆料A或B并首次烘干，再涂布另一层并进行二次烘干，最后辊压分切得到双层负极片。此双层负极片设计旨在解决硬碳首效低和在超高倍率恒流放电时功率密度不足的问题。技术研发人员：刘富亮,田洪松,袁再芳,班宵汉,任雪花,周雄,胡锦飞,刁思强,陈安国,李一帆,胡洪瑞,田文燕,罗凤兰,陈晓涛受保护的技术使用者：贵州梅岭电源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14