CN101154720A - 一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池的负极浆料，由纳米碳、弱酸、粘结剂和溶剂制成。优选地，所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，按重量份计，纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.1－2∶1－8∶150－250。本发明还公开了上述锂电池的负极浆料及其制作的锂电池。本发明提供了一种能有效提高锂电池循环性能的锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池。
背景技术
自从采用碳做负极材料，钴酸锂做正极活性材料的可再充电锂电池商品化后，可充电锂电池开始迅速发展。石油焦、碳纤维、热解碳、天然石墨、人造石墨等多种形式的碳材料被广泛选作可充电锂电池的负极活性材料。为了使在充放电期间与负极表面形成表面界面薄膜(SEI)以及能使活性材料能够均匀涂在极片上面且不脱落易，负极活性物质组合物中还包含添加剂、粘结剂、导电剂以及有机溶剂。目前，业内广泛使用乙炔黑作为导电剂，CMC(羧甲基纤维素钠)和SBR(丁苯胶乳)作为粘结剂，水则作为溶剂。
虽然，现有技术生产出来的锂电池在0.2C进行300次循环后容量保持率可以达到85％，但仍满足不了发展过快的电子器件的要求。如，随着小型、轻量和高性能电子器件的发展，已对高容量充电电池提出了更高的需求，同时也对可充电电池的循环性能和一致性提出了较高的要求。特别是由于一致性不是特别好，导致在一些高端精细电子产品中无法得到更好的应用，并存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效提高锂电池循环性能的锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池。
实现上述目的的技术方案：
一种锂电池的负极浆料，由纳米碳、弱酸、粘结剂和溶剂制成。
一种锂电池，包括负极片和附着在负极片上的活性物质，所述活性物质基本上由纳米碳、弱酸、粘结剂和溶剂制成。
所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述弱酸是草酸、甲酸、乙酸或丙烯酸
所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮。
按重量份计，纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.1-2∶1-8∶150-250。
优选地，纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.3∶5∶200。
一种锂电池的负极浆料的制备方法：包括打胶的步骤和混料的步骤，其中：
打胶的步骤是指：将称量的溶剂倒入搅拌器中，再加入称量的粘结剂，经搅拌使粘结剂完全溶解于溶剂中；
混料的步骤是指：将称量的纳米碳倒入搅拌器中，加入打胶的步骤制得的胶体，经搅拌混合均匀后加入弱酸，再搅拌均匀后制得的负极浆料。
本发明的有益效果，1)本发明直接使用纳米碳为负极活性材料，不需要额外添加导电剂，节省了工序，并使工序更加简单化；2)本发明直接使用纳米碳为负极活性材料，负极活性物质组合物中的胶可以使用PVDF(聚偏二氟乙烯)，粘结效果好，极片不易掉料，有利于提高产品合格率；3)本发明直接使用纳米碳为负极活性材料，有利于表面界面薄膜(SEI膜)的形成，并提高了锂电池的循环性能；4)辅助剂的使用，使负极活性物质组合物与极片更紧密的结合，能够得到更好的压实效果，极片不易折断，能够提高单位体积的容量，制造出来的电池具有更大的容量；5)通过引入弱酸，有益于轻微的腐蚀集流体铜箔，使铜箔表面粗躁，从而使浆料容易粘接在集流体上。本发明使用的原料无污染，工艺流程简单，十分适合工业化生产。
具体实施方式
实施例1
一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮2000克，粘结剂：聚偏二氟乙烯50克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径20nm)，弱酸：草酸3克。
负极浆料的制备方法：依顺序包括打胶的步骤、混料的步骤，其中：
打胶的步骤是指：将称量的溶剂倒入搅拌器中，再加入称量的粘结剂，启动搅拌机，使粘结剂完全溶解于溶剂中，完成打胶步骤。
混料的步骤是指：将称量的纳米碳倒入搅拌器中，加入打胶步骤制得的胶体，启动搅拌机，使之混合均匀，最后加入弱酸，搅拌均匀后，制得本实施例所述的浆料。
锂电池的制作：将按照惯常方法制得的正极浆料涂布于集流体铝箔上，制得正极片，再将上述制得的负极浆料涂布于集流体铜箔上，制得负极片。将上述正、负极片和隔膜纸(Celgard2300)依型号“053048A”电池所要求尺寸分切，然后，再依电池制造惯常工艺，依次点焊极耳、烘片、卷绕、装壳、激光焊盖板、干燥和注液，所得电池可交付预充和化成。
电池测试：
将干燥好的半成品电池注入2.4g的有机电解液，放置2小时后，以一定的充放电步骤进行测试。
充放电步骤为：
第1步、以0.05CmA电流恒流充电60分钟；
第2步、以0.1CmA电流恒流充电50分钟；
第3步、以0.5CmA电流恒流充电至4.2V为止；
第4步、改用恒压4.2V充电至电流为30mA，静置5分钟后；
第5步、再以0.5CmA电流恒流放电至截止电压3.0V，静置5分钟后；
第6步、以1CmA电流恒流恒压充电；
第7步、用1CmA电流放电至截止电压2.75V，完成预充和化成步骤。
最后，将电池封口，即得型号为“053048S”成品钢壳电池。
接着，将完成预充和化成的电池按以下步骤进行循环测试，其步骤为：
第1步、先以1CmA电流恒流充电至电压为4.2V；
第2步、以4.2V电压恒压充电至电流为30mA，静置5分钟；
第3步、以1CmA电流恒流放电至截止电压2.75V。
以这样的步骤循环需要的次数。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为805mah，经上述步骤循环300次后，本实施例电池的容量保持率为92％。
实施例2
另一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮2500克，粘结剂：聚偏二氟乙烯80克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径50nm)，弱酸：乙酸20克。
负极浆料的制备方法、锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为798mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为91％。
实施例3
又一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮1500克，粘结剂：聚偏二氟乙烯10克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径70nm)，弱酸：丙烯酸1克。
负极浆料的制备方法、锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为802mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为93％。
实施例4
又一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮2000克，粘结剂：聚偏二氟乙烯60克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径100nm)，弱酸：甲酸10克。
负极浆料的制备方法、锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为806mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为91.5％。
实施例5
又一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮1800克，粘结剂：聚偏二氟乙烯30克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径40nm)，弱酸：草酸15克。
负极浆料的制备方法、锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为785mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为92％。
实施例6
又一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：氮甲基吡咯烷酮1900克，粘结剂：聚偏二氟乙烯45克，主体活性物质：纳米碳1000克(平均粒径60nm)，弱酸：乙酸5克。
负极浆料的制备方法、锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，电池初始容量为797mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为90.5％。
对比例
一种锂电池的负极浆料、制备方法及锂电池：
负极材料：溶剂：水1450克，粘结剂：CMC(羧甲基纤维素钠)20克，主体活性物质：球形石墨1000克，导电剂：superp25克，粘结剂：丁苯胶乳(SBR)35克。
负极浆料的制备方法：依顺序包括打胶的步骤和混料的步骤，其中：
打胶的步骤是指：将称量的溶剂水倒入搅拌器中，再加入称量的粘结剂CMC，启动搅拌机，使粘结剂完全溶解于溶剂中，完成打胶步骤。
混料的步骤是指：将称量的主体活性物质球形石墨和导电剂super p倒入搅拌器中，干混1小时，使导电剂充分分散在石墨中，再加入上述步骤制备的胶体及35g SBR，充分搅拌，使之均匀混合，制得本实施例所述的浆料。
锂电池的制作和电池测试的方法同实施例1。
经测试(如表1所示)，本对比例电池初始容量为801mah，，本实施例电池循环300次后，电池的容量保持率为85％。
通过将上述本发明实施例与对比例进行对比发现，本发明实施例经循环300次后电池的容量保持率明显优于对比例。至于电池的容量变化不明显，是由于电池的容量与正极材料密切相关。一般情况下，正极材料决定电池容量的大小，负极材料与电池的循环性能有密切相关，而与电池容量关系较小。
表1：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例1 | |
| 初始容量(mah) | 805 | 798 | 802 | 806 | 795 | 797 | 801 |
| 300次循环后容量保持率 | 92％ | 91％ | 93％ | 91.5％ | 92％ | 90.5％ | 85％ |
Claims (10)
1.一种锂电池的负极浆料，由纳米碳、弱酸、粘结剂和溶剂制成。
2.根据权利要求1所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1或2所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述弱酸是草酸、甲酸、乙酸或丙烯酸。
4.根据权利要求1所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，按重量份计，纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.1-2∶1-8∶150-250。
5.根据权利要求4所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.3∶5∶200。
6.一种锂电池，包括负极片和附着在负极片上的活性物质，其特征在于：所述活性物质基本上由纳米碳、弱酸、粘结剂和溶剂制成。
7.根据权利要求6所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，所述弱酸是草酸、甲酸、乙酸或丙烯酸。
8.根据权利要求6所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述粘结剂是聚偏二氟乙烯，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，所述溶剂是氮甲基吡咯烷酮，按重量份计，纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.1-2∶1-8∶150-250。
9.根据权利要求8所述的锂电池的负极浆料，其特征在于：所述纳米碳与弱酸、聚偏二氟乙烯、氮甲基吡咯烷酮的重量比为100∶0.3∶5∶200。
10.一种锂电池的负极浆料的制备方法，包括打胶的步骤和混料的步骤，其中：
打胶的步骤是指：将称量的溶剂倒入搅拌器中，再加入称量的粘结剂，经搅拌使粘结剂完全溶解于溶剂中；
混料的步骤是指：将称量的纳米碳倒入搅拌器中，加入打胶的步骤制得的胶体，经搅拌混合均匀后加入弱酸，再搅拌均匀后制得的负极浆料。
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