CN103840130A - 一种防止过放电的锂电池碳负极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止过放电的锂电池碳负极，用于解决现有碳负极容量消耗殆尽，电位会迅速上升，进而发生负极集流体铜的溶解和在正极表面的析出的问题。本发明包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，所述负极浆料层由碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂混合而成；过放电功能添加剂为钛酸锂。本发明使得碳负极电池在放电下限电压以后还有一部分容量，从而可以避免因为过放导致的集流体铜溶解和析出，提高了电池的储存寿命和使用寿命。

Description

一种防止过放电的锂电池碳负极
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种防止过放电的锂电池碳负极。 
背景技术
碳素类材料包括石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳，由于其来源广泛，电化学克容量高，电极电位低，是目前锂离子电池应用最为广泛的负极材料。
炭素负极与钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等正极组成锂离子电池，当电池放电到下限电压以后，由于碳负极容量消耗殆尽，电位会迅速上升，进而发生负极集流体铜的溶解和在正极表面的析出。电池在长期储存中也会有类似情况出现。铜溶解和析出造成电池循环寿命降低和充放电性能衰减。
锂电池电池在成组使用时，过放的情况更加明显。单体电池一致性受制造水平的影响，容量、电压、内阻、自放电很难做到完全一致。因此低容量、低电压、高内阻、高自放电的电池会被优先放过；同时，不同电池循环衰减不一致也会加剧过放现象。
基于以上原因，有必要提供一种能防止碳负极锂电池过放电现象的方法。
发明内容
本发明为了解决现有锂电池存在的不足，提供一种能够防止过放电，提高锂电池储存寿命和使用寿命的锂电池碳负极。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，所述负极浆料层由碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂混合而成；过放电功能添加剂为钛酸锂。
进一步地，所述碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂按照如下重量分混合：
碳活性材料            85—99份
 过放电功能添加剂      1～15份
    导电剂                0.5～5份
    粘结剂                0.5～5份 。
进一步地，所述碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述导电剂为纳米碳粉、碳纳米管、气相沉积碳纤维、石墨烯中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述粘结剂为丁苯橡胶、羧羟基纤维素钠、聚偏二氟乙烯中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述集流体为铜箔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过在炭负极中加入一定量的高电位的钛酸锂使得碳负极电池在放电下限电压以后还有一部分容量，从而可以避免因为过放导致的集流体铜溶解和析出，提高了电池的储存寿命和使用寿命。
附图说明
图1是实施例一、实施例二、对比例1和对比2进行的测试1（常温下0.5C充电到4.2V，然后在4.2V下恒压到0.02C；再将电池0.5C放电2.0V）得到的放电曲线图；
图2是实施例一、实施例二、对比例1和对比2进行的测试3（将电池组成4串电池组，在常温和没有单电芯过放保护装置的条件下，以0.7C 充电、3C 放电进行充放电循环，电压范围为10.0V-16.8V）得到的循环曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的防止过放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂混合而成；过放电功能添加剂为钛酸锂。
进一步地，所述的碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂按照如下重量分混合：
碳活性材料            85—99份
    过放电功能添加剂      1～15份
    导电剂                0.5～5份
    粘结剂                0.5～5份
进一步地，所述碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述集流体为铜箔。
钛酸锂作为新一代的锂离子电池负极材料，其脱嵌锂电位在1.5V (VS. Li/Li+)，与相同的正极材料组成全电池，钛酸锂电池的放电平台电压比碳材料电池低约1.2～1.4V。因此，基于钛酸锂和炭素材料的差别，可以使钛酸锂成为防止金属箔集流体被过放电的保护材料。
通过在炭负极中加入一定量的高电位的钛酸锂，使得碳负极电池在放电下限电压以后还有一部分容量，从而可以避免因为过放导致的集流体铜溶解和析出，提高了电池的储存寿命和使用寿命。
实施例一
将石墨、钛酸锂、Super P、CMC、SBR按照90：5：2：1.0：2.0的质量比混合，溶解在去离子水里，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面90g/m2 的面密度涂布于铜箔双面上，85摄氏度真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成碳负极。
实施例二
将中间相碳微球、钛酸锂、Super P、CMC、SBR按照90：5：2：1.0：2.0的质量比混合，溶解在去离子水里，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面90g/m2 的面密度涂布于铜箔双面上，85摄氏度真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成碳负极。
对比例1
负极的制备：将石墨、Super P、CMC、SBR按照95：2：1.0：2.0的质量比混合，溶解在去离子水里，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面90g/m2 的面密度涂布于铜箔双面上，85摄氏度真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成碳负极。
对比例2
负极的制备：将中间相碳微球、Super P、CMC、SBR按照95：2：1.0：2.0的质量比混合，溶解在去离子水里，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面90g/m2 的面密度涂布于铜箔双面上，85摄氏度真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成负极片。
除了负极的制备不同，实施例和对比例的正极的制备、电芯的制备和电池的制备均相同，然后将实施例和对比例的电池按照以下方法测试：
测试1：常温下0.5C充电到4.2V，然后在4.2V下恒压到0.02C；再将电池0.5C放电2.0V。
测试2：常温下0.5C充电到4.2V，然后在4.2V下恒压到0.02C；再将电池0.5C放电3.0V，然后再以0.01mA放电到0.5V，以此预测电池的储存时间。
测试3：将电池组成4串电池组，在常温和没有单电芯过放保护装置的条件下，以0.7C 充电、3C 放电进行充放电循环，电压范围为10.0V-16.8V。
测试1的结果如图1所示：从放电曲线图中可以看出，实施例1、2在2.2-2.4V之间具有容量。
测试2的测试结果如下表所示，实施例1、2可以显著提高电池的储存性能。
Figure 145317DEST_PATH_IMAGE001
测试3的结果如图2所示，经过实验可以知道，实施例1、2可以显著提高电池的循环性能。
实施例三
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料85份、钛酸锂1份、导电剂0.5份和粘结剂0.5份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例四
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料99份、钛酸锂15份、导电剂5份和粘结剂5份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例五
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料85份、钛酸锂15份、导电剂2份和粘结剂1份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例六
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料99份、钛酸锂1份、导电剂0.5份和粘结剂5份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例七
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料90份、钛酸锂10份、导电剂3份和粘结剂4份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例八
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料95份、钛酸锂13份、导电剂2.5份和粘结剂3.5份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。
实施例九
本实施例的放电的锂电池碳负极，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，负极浆料层由按照下列重量份的组份组成：碳活性材料98份、钛酸锂14份、导电剂4份和粘结剂0.8份。
碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
导电剂为纳米碳粉（Super P）、碳纳米管（CNT）、气相沉积碳纤维（VGCF）、石墨烯中的一种或者几种的组合。
粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧羟基纤维素钠（CMC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）中的一种或者几种的组合。

Claims (6)

1.一种防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，所述负极浆料层由碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂混合而成；过放电功能添加剂为钛酸锂。
2.根据权利要求1所述的防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂按照如下重量分混合：
碳活性材料            85—99份
    过放电功能添加剂      1～15份
    导电剂                0.5～5份
    粘结剂                0.5～5份 。
3.根据权利要求2所述的防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，所述碳活性材料为石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或者几种的组合。
4.根据权利要求2所述的防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，所述导电剂为纳米碳粉、碳纳米管、气相沉积碳纤维、石墨烯中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求2所述的防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，所述粘结剂为丁苯橡胶、羧羟基纤维素钠、聚偏二氟乙烯中的一种或者几种的组合。
6.根据权利要求1—5所述的防止过放电的锂电池碳负极，其特征在于，所述集流体为铜箔。
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