CN102214826A - 锂离子电池及负极材料、改善锂电池低温放电效率的方法 - Google Patents

锂离子电池及负极材料、改善锂电池低温放电效率的方法 Download PDF

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陈辉
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池及其负极材料、该材料的制备方法，以及改善锂离子电池低温放电效率的方法。通过将天然石墨和人造石墨按照特定比例混合后作为锂离子电池的负极材料，其中天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.1∶2.9～7.9∶2.1，能够很好地提高锂离子电池的低温放电效率，从而改善锂离子电池在低温下的性能。

Description

锂离子电池及负极材料、改善锂电池低温放电效率的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，特别是涉及一种锂离子电池及其负极材料、该材料的制备方法，以及改善锂离子电池低温放电效率的方法。
背景技术
由于锂离子电池有着高能量密度和轻便易携带的特点，所以从锂离子电池商业化以来，其作为能源载体活跃在通讯、数码相机、摄像机、笔记本等领域。为满足不同的使用条件，越来越多的使用者对电芯在低温状态下的性能提出了更高的要求，其中尤其是电池在低温下的放电效率，以此来保证电池在低温下不影响用户的正常工作和需要。影响锂离子电池低温放电效率的因素有很多，其中负极材料的性能对低温放电效率的影响较大。
现有技术中，负极活性物质一般采用石墨，包括天然石墨和人造石墨。其中，天然石墨具有比容量高、充放电曲线平坦及廉价等优点，是一种理想的锂离子电池碳负极材料，但它也存在首次充放电效率低、循环性能差、对电解液选择性高等缺点。人造石墨较天然石墨，虽然比容量稍低，但它具有压实高，对电解液的吸收好，与电解液兼容性好且循环好等优点。但在低温状态下，人造石墨和天然石墨的放电效率都不够理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上缺陷，改善锂离子电池在低温下的放电效率，从而提高电池在低温下的使用性能，为此本发明提出了一种锂离子电池、该电池的负极材料及其制备方法，以及一种改善锂离子电池低温放电效率的方法。
本发明提出的这种锂离子电池负极材料的活性物质包括天然石墨与人造石墨，且天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.1∶2.9～7.9∶2.1。
优选的，所述天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.3∶2.7～7.7∶2.3。最优选的，所述天然石墨比人造石墨的体积比为7.5∶2.5。
所述天然石墨与人造石墨混合后的D50为16～18um。
本发明提出的这种锂离子电池负极材料的制备方法，包括负极活性物质的混合步骤，所述混合步骤中将天然石墨和人造石墨混合，且两者的体积比天然石墨∶人造石墨的比例范围为7.1∶2.9～7.9∶2.1。
优选的，所述混合步骤中，天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.3∶2.7～7.7∶2.3。最优选的，天然石墨比人造石墨的体积比为7.5∶2.5。
本发明提出的这种锂离子电池，采用上述的锂离子电池负极材料。
本发明提出的这种改善锂离子电池低温放电效率的方法，采用上述的锂离子电池负极材料的制备方法制备负极材料。
本发明与现有技术对比所具有的有益效果是：本发明通过将天然石墨和人造石墨按照特定比例混合后作为锂离子电池的负极材料，兼具有天然石墨和人造石墨的优点，能够提高锂离子电池的低温放电效率，改善电池的低温使用性能。
附图说明
图1为天然石墨和人造石墨混合后(混合比例为7.5∶2.5)SEM图，其中A、B、C、D分别为放大500倍、1000倍、2000倍、4000倍图像；
图2为纯天然石墨SEM图，其中A、B、C、D分别为放大500倍、1000倍、2000倍、4000倍图像；
图3为纯人造石墨SEM图，其中A、B、C、D分别为放大500倍、1000倍、2000倍、4000倍图像。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种新的锂离子电池的负极材料，将天然石墨和人造石墨按不同比例混合，配比在7.1∶2.9～7.9∶2.1(体积比)。这种材料且兼有人造石墨和天然石墨的优点，可以提高锂离子电池的低温放低效率。采用本发明的特定比例混合后，材料的D50在16μm至18μm之间，比如天然石墨和人造石墨按体积比7.5∶2.5进行混合的材料，其D50为17.12μm。而正常大部分石墨材料的D50都在20μm左右。
图1至图3分别列出了本发明的将天然石墨和人造石墨混合后(混合比例为7.5∶2.5)、纯天然石墨、纯人造石墨的SEM图像，从SEM可以看到三者的形貌区别。
实施例1
制作7组同一型号的方形电芯，容量为650mAh。
其中，各组采用相同的正极材料和相同的电解液。正极材料都采用为：活性物质钴酸锂，导电剂乙炔黑，粘合剂PVDF，正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。有机电解液都采用为：溶剂选用乙烯碳酸酯EC/碳酸二乙酯DEC/碳酸丙烯酯PC(三者体积比EC∶DEC∶PC为2.5～3.5∶3.5～4.5∶0.03～0.06)，锂盐选用LiPF6(浓度为1.0～1.3mol/L)。
负极材料为：活性物质各组电池分别选用五种配比的天然石墨和人造石墨的混合物，以及纯天然石墨、纯人造石墨。其他配方各组一致：增稠剂CMC，水性粘合剂SBR，负极溶剂为水。
电芯制作完毕后分容并老化5天，均采用常温满电，分别测试25℃下和5℃下0.2C放电的放电容量，比较各负极对应的放电效率，具体结果如表1所示。
表1
  天然石墨∶人造石墨 1∶0 7.1∶2.9 7.3∶2.7 7.5∶2.5 7.7∶2.3 7.9∶2.1 0∶1
  5℃/0.2C放电容量mAh 578.1 581.6 582 595.5 584.8 585.3 586.6
  25℃/0.2C放电容量mAh 698.3 702 698.2 709.9 702 704.5 709.8
  放电效率％   82.79％   82.85％   83.36％   83.89％   83.30％   83.08％   82.64％
实施例2
制作7组同一型号的方形电芯，容量为650mAh。
其中各组采用相同的正极材料和相同的电解液。正极材料都采用为：活性物质钴酸锂，导电剂乙炔黑，粘合剂PVDF，正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。有机电解液都采用为：溶剂选用乙烯碳酸酯EC/碳酸二乙酯DEC/碳酸丙烯酯PC(三者体积比EC∶DEC∶PC为2.5～3.5∶3.5～4.5∶0.03～0.06)，锂盐选用LiPF6(浓度为1.0～1.3mol/L)。
负极材料为：活性物质各组电池分别选用五种配比的天然石墨和人造石墨的混合物，以及纯天然石墨和纯人造石墨。其他配方各组一致：增稠剂CMC，水性粘合剂SBR，负极溶剂为水。
电芯制作完毕后分容并老化5天，均采用常温满电，分别测试25℃下和5℃下1C放电的放电容量，比较各负极对应的放电效率，具体结果如表2所示。
表2
  天然石墨∶人造石墨 1∶0 7.1∶2.9 7.3∶2.7 7.5∶2.5 7.7∶2.3 7.9∶2.1 0∶1
  5℃/1C放电容量mAh 565.6 566.6 566 580.5 570.8 572.3 571.6
  25℃/1C放电容量mAh 686.3 687 683.2 694.9 687 689.5 690.8
  放电效率％   82％   82.47％   82.85％   83.54％   83.09％   83.00％   82.74％
实施例3
制作7组同一型号的方形电芯，容量为650mAh。
其中，各组采用相同的正极材料和相同的电解液。正极材料都采用为：活性物质钴酸锂，导电剂乙炔黑，粘合剂PVDF，正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。有机电解液都采用为：溶剂选用乙烯碳酸酯EC/碳酸二乙酯DEC/碳酸丙烯酯PC(三者体积比EC∶DEC∶PC为2.5～3.5∶3.5～4.5∶0.03～0.06)，锂盐选用LiPF6(浓度为1.0～1.3mol/L)。
负极材料为：活性物质各组电池分别选用五种配比的天然石墨和人造石墨的混合物，以及纯天然石墨、纯人造石墨。其他配方各组一致：增稠剂CMC，水性粘合剂SBR，负极溶剂为水。
电芯制作完毕后分容并老化5天，均采用常温满电，再分别测试25℃下和10℃下0.2C放电的放电容量，比较各负极对应的放电效率，具体结果如表3所示。
表3
  天然石墨∶人造石墨 1∶0 7.1∶2.9 7.3∶2.7 7.5∶2.5 7.7∶2.3 7.9∶2.1 0∶1
  10℃/0.2C放电容量mAh 681 682 660 663.3 670.5 681.5 679
  25℃/0.2C放电容量mAh 702.7 696.7 671.9 670.4 682.9 697.3 703.6
  放电效率％   96.91％   97.89％   98.23％   98.94％   98.18％   97.73％   96.50％
实施例4
制作7组同一型号的方形电芯，容量为650mAh。
其中各组采用相同的正极材料和相同的电解液。正极材料都采用为：活性物质钴酸锂，导电剂乙炔黑，粘合剂PVDF，正极溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。有机电解液都采用为：溶剂选用乙烯碳酸酯EC/碳酸二乙酯DEC/碳酸丙烯酯PC(三者体积比EC∶DEC∶PC为2.5～3.5∶3.5～4.5∶0.03～0.06)，锂盐选用LiPF6(浓度为1.0～1.3mol/L)。
负极材料为：活性物质各组电池分别选用五种配比的天然石墨和人造石墨的混合物，以及纯天然石墨和纯人造石墨。其他配方各组一致：增稠剂CMC，水性粘合剂SBR，负极溶剂为水。
电芯制作完毕后分容并老化5天，均采用常温满电，分别测试25℃下和10℃下1C放电的放电容量，比较各负极对应的放电效率，具体结果如表4所示。
表4
  天然石墨∶人造石墨 1∶0 7.1∶2.9 7.3∶2.7 7.5∶2.5 7.7∶2.3 7.9∶2.1 0∶1
  10℃/1C放电容量mAh 629.4 641.9 647.4 647.6 646.7 645.5 643.6
  25℃/1C放电容量mAh 694.4 667.3 668.8 666.3 668.4 668.6 670.3
  放电效率％   90.64％   96.19％   96.80％   97.19％   96.75％   96.55％   96.02％
从表1至表4中可以看出，当负极材料中天然石墨∶人造石墨的配比在7.1∶2.9～7.9～2.1的区间范围内，电池的低温放电效率高于纯天然石墨和纯人造石墨，当配比为7.5∶2.5时，电池的低温放电效率最高。这为改善锂离子电池在低温下的性能提供了一种有效的途径。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于：所述负极材料的活性物质包括天然石墨与人造石墨，且天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.1∶2.9～7.9∶2.1。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.3∶2.7～7.7∶2.3。
3.如权利要求2所述的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述天然石墨比人造石墨的体积比为7.5∶2.5。
4.如权利要求1～3任意一项所述的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述天然石墨与人造石墨混合后的D50为16～18um。
5.一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括负极活性物质的混合步骤，其特征在于，所述混合步骤中将天然石墨和人造石墨混合，且两者的体积比天然石墨：人造石墨的比例范围为7.1∶2.9～7.9∶2.1。
6.如权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述混合步骤中，天然石墨比人造石墨的体积比范围为7.3∶2.7～7.7∶2.3。
7.如权利要求6所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述混合步骤中，天然石墨比人造石墨的体积比为7.5∶2.5。
8.如权利要求5～7任意一项所述的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于：将天然石墨与人造石墨混合后，混合材料的D50为16～18um。
9.一种锂离子电池，采用如权利要求1～3中任意一项所述的锂离子电池负极材料。
10.一种改善锂离子电池低温放电效率的方法，其特征在于：采用如权利要求5～8任意一项所述的锂离子电池负极材料的制备方法制备负极材料。
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