CN102361069A - 一种锂离子电池负极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池负极，包含下列重量百分比的组分：聚丙烯腈共聚物：2％～3％；导电剂：0.5％～1％；石墨：96％～97.5％。采用以上技术方案后，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨经过搅拌得到均匀、一致性较好的锂离子电池负极浆料，将上述负极浆料制成的锂离子电池负极在的压实度可为1.8g/cm2左右。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为96％～97.5％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。本发明还提供一种锂离子电池负极的制造方法。

Description

一种锂离子电池负极及其制造方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极以及该负极的制造方法。
背景技术
磷酸铁锂电池是一种常用的电池，该电池包括电池正极和电池负极。现有锂离子电池负极由羟甲基纤维素(CMC)、S-P导电剂、苯乙烯丁二烯人造橡胶(SBR)和石墨组成，上述各组分的含量(按重量百分比)为：羟甲基纤维素(CMC)2.5％、S-P导电剂1％、苯乙烯丁二烯人造橡胶(SBR)2.5％、石墨94％。
利用上述组分制作成的锂离子电池负极虽然能与锂离子电池正极相互作用形成电流，但是该锂离子电池负极有以下几个方面需要改进：
1、现有的锂离子电池负极的压实度较低，一般为1.5g/cm2左右，压实度较低会增加电池负极的体积，不利于锂离子电池体积的减小。
2、现有的锂离子电池负极的中石墨的含量较低，不利于电池性能的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极，旨在解决现有锂离子电池负极存在的压实度较低以及石墨含量较低，从而影响电池性能提高的问题。
本发明是这样实现的，一种锂离子电池负极，包含下列重量百分比的组分：
聚丙烯腈共聚物：2％～3％；
导电剂：        0.5％～1％；
石墨            96％～97.5％。
其中，所述各组分按重量百分比为：
聚丙烯腈共聚物：2％；
导电剂：1.5％；
石墨：96.5％。
其中，所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑。
采用以上技术方案后，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨经过搅拌得到均匀、一致性较好的锂离子电池负极浆料，由于聚丙烯腈共聚物质地相比CMC较软，因此所述锂离子电池负极在的压实度较高。经实际测量，将上述负极浆料制成的锂离子电池负极在的压实度可为1.8g/cm2左右，压实度得到大幅提升，可大幅降低锂离子电池负极的体积。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为96％～97.5％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，在整个电池在体积和重量不变的前提下，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。
本发明还提供一种锂离子电池负极的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将重量百分比为2％～3％的聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液放入搅拌机中慢速搅拌1小时；
③向搅拌机中加入重量百分比为0.5％～1％的导电剂，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为96％～97.5％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的磷酸铁锂负极浆料制成磷酸铁锂负极。
其中，在步骤②中，加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量的80％～90％。
其中，所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
其中，所述聚丙烯腈共聚物水分散液为LA133溶液，每千克LA133溶液含有150g聚丙烯腈共聚物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种锂离子电池负极，包含下列重量百分比的组分：
聚丙烯腈共聚物：2％～3％；
导电剂：0.5％～1％；
石墨96％～97.5％。
上述锂离子电池负极的最佳实施例为：
聚丙烯腈共聚物：2％；
导电剂：1.5％；
石墨96.5％。
上述实施例中，所述聚丙烯腈共聚物为LA133溶液的有效成分，所述LA133溶液为聚丙烯腈共聚物的水分散液，所述聚丙烯腈共聚物的化学式为：-[-R1-R2-CH2-CH(CN)]n-。所述LA133为现有技术，其可在市场上购买，比如在本实施例中，所述LA133溶液(也称LA133胶)在成都茵地乐电源科技有限公司购买，每千克LA133溶液中含有150g聚丙烯腈共聚物。所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑。采用以上技术方案后，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨经过搅拌得到均匀、一致性较好的锂离子电池负极浆料。由于上述电池负极浆料中不含有常用的CMC和SBR，而使用LA133溶液(有效成分为聚丙烯腈共聚物)，所述锂离子电池负极的配方得到根本改变，经过检测，上述负极浆料制成的锂离子电池负极极片的压实度为1.8g/cm2左右，与现有锂离子电池极片1.5g/cm2的压实度相比，压实度得到大幅提升，可大幅降低锂离子电池负极的体积。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为96％～97.5％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，在整个电池在体积和重量不变的前提下，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。
本发明还提供一种锂离子电池负极的制造方法，包括以下步骤：
①将重量百分比为2％～3％的聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液放入搅拌机中慢速搅拌1小时；
③向搅拌机中加入重量百分比为0.5％～1％的导电剂，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为96％～97.5％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的锂离子电池负极浆料制成锂离子电池负极。
上述各步骤中，所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
采用以上技术方案后，按照先后顺序将所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨放入搅拌机中并分别使用慢速、快速、中速搅拌相应的时间，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂和石墨能够很好的融合在一起形成锂离子电池负极浆料，有效的避免了上述各物质相互不融合导致形成不了负极浆料的问题。
进一步的，在步骤②中，向聚丙烯腈共聚物的水分散液向加入去离子水，再进行搅拌。所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量的80％～90％。
采用以上技术方案后，由于加入了去离子水，所述丙烯腈共聚物、导电剂、石墨能得到充分的搅拌，得到一致性好、相互融合充分的负极浆料。
实施例1
以制造磷酸铁锂电池为例，所述磷酸铁电池负极包含下列重量百分比的组分：聚丙烯腈共聚物2％、S-P导电剂1％；石墨97.5％。具体制造方法为：
①将重量百分比为2％聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；所述聚丙烯腈共聚物水分散液为LA133溶液，每千克LA133溶液中含有150g聚丙烯腈共聚物，所述LA133溶液为现有技术，在市场上较为容易购买，因此对其不作详细说明。
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液(LA133)放入搅拌机中，向LA133中加入去离子水，慢速搅拌1小时；所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量的80％；
③向搅拌机中加入重量百分比为1％的S-P导电剂，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为97％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的锂离子电池负极浆料制成锂离子电池负极。由于利用负极浆料制造电极负极为现有技术，因此在本说明书中不作详细说明。
上述各步骤中，所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
由于上述电池负极浆料中不含有常用的CMC和SBR，而使用LA133溶液(有效成分为聚丙烯腈共聚物)，所述锂离子电池负极的配方得到根本改变，经过检测，上述负极浆料制成的锂离子电池负极极片的压实度为1.79g/cm2左右，与现有锂离子电池极片1.5g/cm2的压实度相比，压实度得到大幅提升，可大幅降低锂离子电池负极的体积。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为97％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，在整个电池在体积和重量不变的前提下，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。
此外，按照先后顺序将所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨放入搅拌机中并分别使用慢速、快速、中速搅拌相应的时间，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂和石墨能够很好的融合在一起形成锂离子电池负极浆料，有效的避免了上述各物质相互不融合导致形成不了负极浆料的问题。由于加入了去离子水，所述丙烯腈共聚物、导电剂、石墨能得到充分的搅拌，得到一致性好、相互融合充分的负极浆料。
实施例2
以制造磷酸铁锂电池为例，所述磷酸铁电池负极包含下列重量百分比的组分：聚丙烯腈共聚物2％、乙炔黑0.5％；石墨97.5％。具体制造方法为：
①将重量百分比为2％聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；所述聚丙烯腈共聚物水分散液为LA133溶液，每千克LA133溶液中含有150g聚丙烯腈共聚物，所述LA133溶液为现有技术，在市场上较为容易购买，因此对其不作详细说明。
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液(LA133)放入搅拌机中，向LA133中加入去离子水，慢速搅拌1小时；所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量90％；
③向搅拌机中加入重量百分比为0.5％的乙炔黑，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为97.5％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的锂离子电池负极浆料制成锂离子电池负极。由于利用负极浆料制造电极负极为现有技术，因此在本说明书中不作详细说明。
上述各步骤中，所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
由于上述电池负极浆料中不含有常用的CMC和SBR，而使用LA133溶液(有效成分为聚丙烯腈共聚物)，所述锂离子电池负极的配方得到根本改变，经过检测，上述负极浆料制成的锂离子电池负极极片的压实度为1.81g/cm2左右，与现有锂离子电池极片1.5g/cm2的压实度相比，压实度得到大幅提升，可大幅降低锂离子电池负极的体积。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为97.5％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，在整个电池在体积和重量不变的前提下，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。
此外，按照先后顺序将所述聚丙烯腈共聚物、乙炔黑、石墨放入搅拌机中并分别使用慢速、快速、中速搅拌相应的时间，所述聚丙烯腈共聚物、乙炔黑和石墨能够很好的融合在一起形成锂离子电池负极浆料，有效的避免了上述各物质相互不融合导致形成不了负极浆料的问题。由于加入了去离子水，所述丙烯腈共聚物、导电剂、石墨能得到充分的搅拌，得到一致性好、相互融合充分的负极浆料。
实施例3
以制造磷酸铁锂电池为例，所述磷酸铁电池负极包含下列重量百分比的组分：聚丙烯腈共聚物2％、S-P导电剂1.5％；石墨96.5％。具体制造方法为：
①将重量百分比为2％聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；所述聚丙烯腈共聚物水分散液为LA133溶液，每千克LA133溶液中含有150g聚丙烯腈共聚物，所述LA133溶液为现有技术，在市场上较为容易购买，因此对其不作详细说明。
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液(LA133)放入搅拌机中，向LA133中加入去离子水，慢速搅拌1小时；所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量85％；
③向搅拌机中加入重量百分比为1.5％的S-P导电剂，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为96.5％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的锂离子电池负极浆料制成锂离子电池负极。由于利用负极浆料制造电极负极为现有技术，因此在本说明书中不作详细说明。
上述各步骤中，所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
由于上述电池负极浆料中不含有常用的CMC和SBR，而使用LA133溶液(有效成分为聚丙烯腈共聚物)，所述锂离子电池负极的配方得到根本改变，经过检测，上述负极浆料制成的锂离子电池负极极片的压实度为1.80g/cm2左右，与现有锂离子电池极片1.5g/cm2的压实度相比，压实度得到大幅提升，可大幅降低锂离子电池负极的体积。此外，本发明提供的锂离子电池负极中石墨含量为96.5％，与现有锂离子电池负极中石墨的含量94％有了进一步的提升，在保证负极石墨含量不变的前提下可较大幅度降低负极材料的使用量，增加正极材料的使用量，在整个电池在体积和重量不变的前提下，所述锂离子电池的容量能得到大幅提升。
此外，按照先后顺序将所述聚丙烯腈共聚物、导电剂、石墨放入搅拌机中并分别使用慢速、快速、中速搅拌相应的时间，所述聚丙烯腈共聚物、导电剂和石墨能够很好的融合在一起形成锂离子电池负极浆料，有效的避免了上述各物质相互不融合导致形成不了负极浆料的问题。由于加入了去离子水，所述丙烯腈共聚物、导电剂、石墨能得到充分的搅拌，得到一致性好、相互融合充分的负极浆料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包含下列重量百分比的组分：
聚丙烯腈共聚物：2％～3％；
导电剂：0.5％～1％；
石墨：96％～97.5％。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于，所述各组分按重量百分比为：
聚丙烯腈共聚物：2％；
导电剂：1.5％；
石墨：96.5％。
3.如权利要求1或2所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述导电剂为S-P导电剂或乙炔黑。
4.一种锂离子电池负极的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将重量百分比为2％～3％的聚丙烯腈共聚物加水分散，制成聚丙烯腈共聚物水分散液；
②将聚丙烯腈共聚物的水分散液放入搅拌机中慢速搅拌1小时；
③向搅拌机中加入重量百分比为0.5％～1％的导电剂，快速搅拌3小时；
④向搅拌机中加入重量百分比为96％～97.5％的石墨，中速搅拌2小时后制得磷酸铁锂负极浆料；
⑤利用步骤④中制得的磷酸铁锂负极浆料制成磷酸铁锂负极。
5.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极的制造方法，其特征在于：在步骤②中，加入去离子水，所述去离子水的重量为步骤④中石墨重量的80％～90％。
6.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极的制造方法，其特征在于：所述慢速搅拌的转速为1000转/分钟，中速搅拌的转速为1500转/分钟，所述高速搅拌的转速为2500转/分钟。
7.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极的制造方法，其特征在于：所述聚丙烯腈共聚物水分散液为LA133溶液，每千克LA133溶液含有150g聚丙烯腈共聚物。
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