CN104766976A - 一种锂离子二次电池负极极片及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子二次电池负极极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子二次电池负极极片及其制备方法，能够提高电池负极主材料的克容量发挥和提高电池倍率放电的功效。本发明的负极极片配方为石墨混合物92.8～95.1％、碳纳米管(CNT)0.8～1.5％、炭黑(SP)0.6～1.2％、羟甲基纤维素钠(CMC)1.5～1.8％、苯乙烯丁二烯聚合物(SBR)2.0～2.7％，以上百分数为固体物质含量百分数，通过导电剂碳纳米管(CNT)管状结构和炭黑(SP)点状导电结构共同作用，改进了负极极片的电化学性能，放电电流的比率保持在89％至99％，有很大的发展前景。

Description

一种锂离子二次电池负极极片及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子二次电池领域，特别涉及一种锂离子二次电池负极极片及其制备方法。
背景技术
目前锂离子电池负极材料向着高容量、高能量密度、高倍率性能、高循环性能等方面发展。锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中。锂离子电池的负极活性材料是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。在制作电极片时，需加入导电剂，且在嵌脱锂循环过程中，电极材料的体积发生变化，使充放电循环后电极材料颗粒之间及其与集流体之间接触不良，形成“孤岛”效应，导致电极材料、导电剂炭黑和集流体之间的导电网络被破坏和电阻增加，电池的循环性能下降。目前现行业的锂离子电池负极材料采用普通倍率型锂电池单用导电剂炭黑(SP)，炭黑(SP)导电剂其直径小于100nm，导电机理主要是通过颗粒直接接触或者比较近距离的隧道效应导电；电传导距离小于100nm有很好的效果，如超过100nm其导电性就比较差，致使锂离子在负极材料中的嵌入和脱嵌速度不高，锂离子电池负极主材料的克容量发挥和提高电池倍率放电都不高。
发明内容
为解决现有的锂离子负极极片克容量发挥和电池倍率放电不高的缺陷，本发明提供一种锂离子二次电池负极极片，通过改进负极配方，从而制得高克容量和高电池倍率放电的负极极片；同时提供上述锂离子二次电池负极极片的制备方法，该方法包括以下操作步骤：
(1)将粘结剂羧甲基纤维素钠和水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时。
(2)加入导电剂炭黑和碳纳米管胶液，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时。
(4)再加入苯乙烯丁二烯聚合物水溶液，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，最后加入剩余5％-10％的水，用粘度计进行测量，调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片。
其中，所述步骤(2)中碳纳米管胶液由5％碳纳米管固体、94％水、1％分散剂，经高速分散方式进行分散的水性溶液；所述步骤(3)中苯乙烯丁二烯聚合物水溶液由50％苯乙烯丁二烯聚合物固体和50％水混合而成。
由以上方法制成的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
所述石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，两者比例可从80∶20到1∶100进行调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明制成的锂离子二次电池负极极片采用炭黑(SP)和碳纳米管(CNT)作为导电剂，通过导电剂碳纳米管(CNT)的管状结构和炭黑(SP)的点状导电结构共同作用，提高锂离子在负极材料中的嵌入和脱嵌速度，从而达到提高电池负极主材料的克容量发挥和提高电池倍率放电的功效。
本发明的锂离子二次电池制备方法简单，采用负极配方制得的负极极片电化学性能显著提高，在本行业内有很大的应用前景。
具体实施例
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。
以上石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，为锂离子电池的主材料，天然石墨克容量要高一些，加工性能更好，人造石墨的循环性能更优异，根据产品型号天然石墨和人造石墨的混合比例可从80∶20到1∶100进行调整，导电剂为碳纳米管(CNT)和炭黑(SP)，碳纳米管(CNT)为管状结构，炭黑(SP)为点状导电结构，粘结剂为羟甲基纤维素钠(CMC)和苯乙烯丁二烯聚合物(SBR)，以上配方采用溶剂为去离子水，其用量根据需要进行调整。
实施例1
本实施例提供一种锂离子二次电池负极极片的制备方法，该方法包括以下操作步骤：
(1)将粘结剂羧甲基纤维素钠和水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时。
(2)加入导电剂炭黑和碳纳米管胶液，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时。
(4)再加入苯乙烯丁二烯聚合物水溶液，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，最后加入剩余5％-10％的水，用粘度计进行测量，调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片。
其中，所述步骤(2)中碳纳米管胶液由5％碳纳米管固体、94％水、1％分散剂，经高速分散方式进行分散的水性溶液；所述步骤(3)中苯乙烯丁二烯聚合物水溶液由50％苯乙烯丁二烯聚合物固体和50％水混合而成。
由以上方法制成的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例2
本实施例锂离子二次电池负极极片的制备方法请参照实施例一，所制得的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例3
本实施例锂离子二次电池负极极片的制备方法请参照实施例一，所制得的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例4
本实施例锂离子二次电池负极极片的制备方法请参照实施例一，所制得的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例5
本实施例锂离子二次电池负极极片的制备方法请参照实施例一，所制得的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例6
本实施例锂离子二次电池负极极片的制备方法请参照实施例一，所制得的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
采用以上方法制备的锂离子二次电池负极极片，提高锂离子在负极材料中的嵌入和脱嵌速度，从而达到提高电池负极主材料的克容量发挥和提高电池倍率放电的功效。
目前使用的锂离子电池负极材料采用普通倍率型锂电池单用导电剂SP(炭黑)，其1C放电负极石墨克容量发挥为350mAh/g左右，经5C至30C大电流放电/1C放电，比率保持在82％至98％，本发明产品采用导电剂SP加CNT导电剂的特殊负极配方的锂电池其1C放电负极石墨克容量发挥为360mAh/g左右，经5C至30C大电流放电/1C放电，比率保持在89％至99％，处于领先水平。另外电池的倍率放电性能与电池生产工艺、正负极配方、电池结构设计均有很大关系，本发明中只是针对负极配方进行的改进。选用实施例3所得的锂离子二次电池负极极片进行测试，具体效果如下表：
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。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种锂离子二次电池负极极片的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
(1)将粘结剂羧甲基纤维素钠和水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时。
(2)加入导电剂炭黑和碳纳米管胶液，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时。
(4)再加入苯乙烯丁二烯聚合物水溶液，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，最后加入剩余5％-10％的水，用粘度计进行测量，调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中碳纳米管胶液由5％碳纳米管固体、94％水、1％分散剂，经高速分散方式进行分散的水性溶液。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中苯乙烯丁二烯聚合物水溶液由50％苯乙烯丁二烯聚合物固体和50％水混合而成。
4.一种锂离子二次电池负极极片，其特征在于：所述负极极片由权1至权3中所述方法制成的负极极片，所述极片所含组分重量百分比为石墨混合物92.8～95.1％、碳纳米管0.8～1.5％、炭黑0.6～1.2％、羟甲基纤维素钠1.5～1.8％、苯乙烯丁二烯聚合物2.0～2.7％。
5.根据权利要求4所述的锂离子二次电池负极极片，其特征在于：所述石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，两者比例可从80∶20到1∶100进行调整。
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