[0038] 以下对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0039] 实施例1
[0040] 一种低粗糙度的锂离子电池石墨烯-二氧化硅负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0041] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末96份,Super P 1份,聚乙烯吡咯烷酮0.5份,丁苯橡胶1.5份,羧甲基纤维素钠1份,水150份。上述各组分均为重量份。
[0042] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过500目筛后制得负极浆料。
[0043] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,其中涂布烘箱依次分为五个区段:第一区段温度为75℃,第二区段温度为100℃,第三区段温度为130℃,第四区段为155℃,第五区段为120℃;每个区段的长度为3.5m,输送速度为3.5m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(105℃,10h),制得涂层厚度为25μm左右的负极片。
[0044] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0045] a)对氧化石墨烯进行超声波洗涤,并在负压条件下干燥。
[0046] b)将氧化石墨烯添加至正硅酸乙酯中,充分搅拌,然添加水和乙醇,混合均匀,配成悬浮液,并用柠檬酸溶液调节pH值为3.5,室温下静置水解50h;其中,氧化石墨烯与正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:2:5:7。
[0047] c)向悬浮液中添加氨水和碳酸氢钠溶液调节pH为9,加热至65℃,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化50h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0048] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力8MPa,温度48℃,时间9h),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0049] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至250℃,还原反应3h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0050] 实施例2
[0051] 一种低粗糙度的锂离子电池石墨烯-二氧化硅负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0052] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末96份,碳纳米管1份,聚乙烯吡咯烷酮0.5份,丁苯橡胶1.5份,羧甲基纤维素钠1份,水150份。
[0053] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过500目筛后制得负极浆料。
[0054] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,其中涂布烘箱依次分为五个区段:第一区段温度为75℃,第二区段温度为100℃,第三区段温度为130℃,第四区段为155℃,第五区段为120℃;每个区段的长度为3.5m,输送速度为3.5m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(105℃,10h),制得涂层厚度为26μm左右的负极片。
[0055] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0056] 氧化石墨烯的羧酸化改性:将氧化石墨烯添加到甲苯中分散均匀,在搅拌条件下加入质量为氧化石墨烯0.2倍的偶氮二异己腈,在氮气保护下加热至70℃,搅拌反应5h,依次经过过滤、洗涤、真空干燥;将产物添加到氢氧化钠浓度为25wt%的乙醇水溶液中,在80℃下搅拌反应36h,然后调节pH值为2.5,依次经过过滤、洗涤、真空干燥,制得羧酸化改性的氧化石墨烯。
[0057] a)对氧化石墨烯进行超声波洗涤,并在负压条件下干燥。
[0058] b)将氧化石墨烯添加至正硅酸乙酯中,充分搅拌,然添加水和乙醇,混合均匀,配成悬浮液,并用柠檬酸溶液调节pH值为3.5,室温下静置水解50h;其中,氧化石墨烯与正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:2:5:7。
[0059] c)向悬浮液中添加氨水和碳酸氢钠溶液调节pH为9,向悬浮液中添加氨基硅烷(氧化石墨烯质量的0.75倍)。加热至65℃,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化50h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0060] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力8MPa,温度48℃,时间9h。),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0061] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至250℃,还原反应3h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0062] 实施例3
[0063] 一种低粗糙度的锂离子电池石墨烯-二氧化硅负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0064] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末95份,碳纳米管2份,聚乙烯吡咯烷酮1份,丁苯橡胶1.5份,羧甲基纤维素钠0.5份,水140份。
[0065] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过400目筛后制得负极浆料。
[0066] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,其中涂布烘箱依次分为五个区段:第一区段温度为70℃,第二区段温度为90℃,第三区段温度为120℃,第四区段为150℃,第五区段为110℃;每个区段的长度为3m,输送速度为3m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(100℃,12h),制得涂层厚度为24μm左右的负极片。
[0067] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0068] 氧化石墨烯的羧酸化改性:将氧化石墨烯添加到甲苯中分散均匀,在搅拌条件下加入质量为氧化石墨烯0.1倍的偶氮二异己腈,在氮气保护下加热至60℃,搅拌反应6h,依次经过过滤、洗涤、真空干燥;将产物添加到氢氧化钠浓度为20wt%的乙醇水溶液中,在75℃下搅拌反应48h,然后调节pH值为2,依次经过过滤、洗涤、真空干燥,制得羧酸化改性的氧化石墨烯。
[0069] a)对氧化石墨烯进行超声波洗涤,并在负压条件下干燥。
[0070] b)将氧化石墨烯添加至正硅酸乙酯中,充分搅拌,然添加水和乙醇,混合均匀,配成悬浮液,并用柠檬酸溶液调节pH值为3,室温下静置水解36h;其中,氧化石墨烯与正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:1:4:6。
[0071] c)向悬浮液中添加氨水和碳酸氢钠溶液调节pH为8,向悬浮液中添加氨基硅烷(氧化石墨烯质量的0.5倍)。加热至60℃,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化36h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0072] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力5MPa,温度40℃,时间12h。),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0073] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至200℃,还原反应4h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0074] 实施例4
[0075] 一种低粗糙度的锂离子电池石墨烯-二氧化硅负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0076] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末96.4份,碳纳米管0.1份,聚乙烯吡咯烷酮0.5份,丁苯橡胶2.5份,羧甲基纤维素钠0.5份,水160份。
[0077] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过600目筛后制得负极浆料。
[0078] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,其中涂布烘箱依次分为五个区段:第一区段温度为80℃,第二区段温度为110℃,第三区段温度为140℃,第四区段为160℃,第五区段为130℃;每个区段的长度为4m,输送速度为4m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(110℃,8h),制得涂层厚度为23μm左右的负极片。
[0079] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0080] 氧化石墨烯的羧酸化改性:将氧化石墨烯添加到甲苯中分散均匀,在搅拌条件下加入质量为氧化石墨烯0.3倍的偶氮二异己腈,在氮气保护下加热至80℃,搅拌反应4h,依次经过过滤、洗涤、真空干燥;将产物添加到氢氧化钠浓度为30wt%的乙醇水溶液中,在85℃下搅拌反应24h,然后调节pH值为3,依次经过过滤、洗涤、真空干燥,制得羧酸化改性的氧化石墨烯。
[0081] a)对氧化石墨烯进行超声波洗涤,并在负压条件下干燥。
[0082] b)将氧化石墨烯添加至正硅酸乙酯中,充分搅拌,然添加水和乙醇,混合均匀,配成悬浮液,并用柠檬酸溶液调节pH值为4,室温下静置水解72h;其中,氧化石墨烯与正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:3:6:8。
[0083] c)向悬浮液中添加氨水和碳酸氢钠溶液调节pH为10,向悬浮液中添加氨基硅烷(氧化石墨烯质量的1倍)。加热至70℃,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化36h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0084] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力10MPa,温度55℃,时间6h。),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0085] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至300℃,还原反应2h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0086] 实施例5
[0087] 一种低粗糙度的锂离子电池石墨烯-二氧化硅负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0088] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末95.5份Super P 0.5份,聚乙烯吡咯烷酮1份,丁苯橡胶2份,羧甲基纤维素钠1份,水150份。
[0089] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过600目筛后制得负极浆料。
[0090] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,其中涂布烘箱依次分为五个区段:第一区段温度为75℃,第二区段温度为105℃,第三区段温度为135℃,第四区段为155℃,第五区段为115℃;每个区段的长度为4m,输送速度为4m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(100℃,10h),制得涂层厚度为25μm左右的负极片。
[0091] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0092] 氧化石墨烯的羧酸化改性:将氧化石墨烯添加到甲苯中分散均匀,在搅拌条件下加入质量为氧化石墨烯0.2倍的偶氮二异己腈,在氮气保护下加热至65℃,搅拌反应5.5h,依次经过过滤、洗涤、真空干燥;将产物添加到氢氧化钠浓度为25wt%的乙醇水溶液中,在80℃下搅拌反应30h,然后调节pH值为2.6,依次经过过滤、洗涤、真空干燥,制得羧酸化改性的氧化石墨烯。
[0093] a)对氧化石墨烯进行超声波洗涤,并在负压条件下干燥。
[0094] b)将氧化石墨烯添加至正硅酸乙酯中,充分搅拌,然添加水和乙醇,混合均匀,配成悬浮液,并用柠檬酸溶液调节pH值为3.4,室温下静置水解48h;其中,氧化石墨烯与正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为1:2.5:5:6.5。
[0095] c)向悬浮液中添加氨水和碳酸氢钠溶液调节pH为9.2,向悬浮液中添加氨基硅烷(氧化石墨烯质量的0.6倍)。加热至65℃,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化50h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0096] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力6MPa,温度45℃,时间8h),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0097] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至280℃,还原反应3.5h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0098] 对比例1
[0099] 一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0100] 1)配料:分别称取二氧化硅56份,石墨烯40份,Super P 1份,聚乙烯吡咯烷酮0.5份,丁苯橡胶1.5份,羧甲基纤维素钠1份,水150份。
[0101] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂、石墨烯和二氧化硅,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过500目筛后制得负极浆料。
[0102] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,涂布温度为140℃;每个区段的长度为17.5m,输送速度为3.5m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(105℃,10h),制得涂层厚度为24μm左右的负极片。
[0103] 对比例2
[0104] 一种负极片的制备方法,包括以下步骤:
[0105] 1)配料:分别称取石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末96份,Super P 1份,聚乙烯吡咯烷酮0.5份,丁苯橡胶1.5份,羧甲基纤维素钠1份,水150份。
[0106] 2)负极浆料的制备:先将增稠剂添加至一半配方量的水中,然后在搅拌条件下依次添加粘合剂、分散剂、导电剂和石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末,分散均匀后添加余量的水;对所得浆料进行研磨,过500目筛后制得负极浆料。
[0107] 3)涂布:在涂布烘箱中将负极浆料涂布至铜箔表面,涂布温度为140℃;每个区段的长度为17.5m,输送速度为3.5m/min。涂布后进行冷压碾压,然后在抽真空条件下进行烘烤(105℃,10h),制得涂层厚度为24μm左右的负极片。
[0108] 其中,所述石墨烯-二氧化硅复合气凝胶微粒的制备方法如下:
[0109] a)将正硅酸乙酯与水和乙醇,混合均匀,配成溶液,并用柠檬酸溶液调节pH值为3.4,室温下静置水解48h;其中,正硅酸乙酯、水和乙醇的质量比为2.5:5:6.5。
[0110] b)向水解液中添加石墨烯,分散均匀,氧化石墨烯与正硅酸乙酯的质量比为1:2.5。
[0111] c)向悬浮液中添加氨水调节pH为9.2,得到氧化石墨烯-二氧化硅复合溶胶;静置熟化50h,洗去杂质后得到氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶。
[0112] d)用正己烷充分置换氧化石墨烯-二氧化硅复合凝胶中的水和乙醇,取出凝胶,用二氧化碳超临界流体干燥(压力6MPa,温度45℃,时间8h),得到氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶。
[0113] e)将氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶置于还原氛围下加热至280℃,还原反应3.5h,研磨处理后制得石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末。
[0114] 对比例1直接采用二氧化硅和石墨烯的物理混合材料,,对比例2的石墨烯-二氧化硅复合气凝胶粉末在制备过程中,是在水解反应后添加石墨烯。此外,对比例1-2涂布时是一步涂布,实施例1-2为分区段涂布。
[0115] 对本发明实施例1-2以及对比例1-2制得的负极片表面的进行感官评价。
[0116]组号 涂层平均厚度 涂层表面感官
实施例1 24.9μm 手感较为平滑,粗糙感弱
实施例2 26.1μm 手感较为平滑,粗糙感弱
对比例1 24.3μm 手感粗糙,有毛细尖刺
对比例2 24.2μm 手感粗糙,有毛细尖刺
[0117] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。