CN105870400A - 一种锂离子电池负极片及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池负极片，由涂炭集流体和涂覆于涂炭集流体表面的活性层构成，涂炭集流体由铜箔和涂覆于铜箔表面的炭层构成，活性层的材料包括活性材料、第一粘结剂和第一导电剂，炭层的材料包括第二粘结剂和第二导电剂。活性层和炭层中均含有粘结剂和导电剂，粘结剂之间相互作用，因此锂离子电池负极片整体的粘结性能更好，导电剂含有较多官能团，导电剂之间通过键合作用，可达到增强活性材料物质粘结性，因此，在这两方面的结合下，这种结构的锂离子电池负极片的整体粘结性有了进一步的提升，通过炭层牢固粘结活性层，进而牢固粘结其中的活性材料，有效解决活性材料因膨胀而导致极片掉粉的情况，减少对锂离子电池循环性能的负面影响。

Description

一种锂离子电池负极片及其制备方法、锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池负极片及其制备方法，和一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池随着发展，其用途日渐广泛，人们身边随处可见的手机、笔记本等电子产品均是使用锂离子电池。锂离子电池相比其他电池，在比功率、比能量和循环性能上有优异的体现，因此也成为了笔记本、移动电源、电动自行车、电动工具、电动汽车用电池的首选。

随着人们对此类电子产品依赖度的提高，电子产品功能升级和多样化的拓展，对锂离子电池的各方面性能仍有更高的要求。

从宏观来说，锂离子电池的循环性能决定了其使用寿命，这也意味着，提高锂离子电池的循环性能，社会资源的消耗则更少。锂离子电池的循环性能一直是研究开发的重点，但目前的锂离子电池的循环性能已非常趋近理论上限。

发明内容

基于此，有必要提供一种可提高锂离子电池循环性能的锂离子电池负极片及其制备方法，和一种锂离子电池。

一种锂离子电池负极片，由涂炭集流体和涂覆于涂炭集流体表面的活性层构成，涂炭集流体由铜箔和涂覆于铜箔表面的炭层构成，活性层的材料包括活性材料、第一粘结剂和第一导电剂，炭层的材料包括第二粘结剂和第二导电剂。

在其中一个实施例中，活性层的材料中，活性材料的质量百分含量为92～97％，第一粘结剂的质量百分含量为1～5％，第一导电剂的质量百分含量为1～3％。

在其中一个实施例中，炭层的材料中，第二粘结剂的质量百分含量为1～10％，第二导电剂的质量百分含量为90～99％。

在其中一个实施例中，活性材料选自硅碳材料、天然石漠和人造石墨中的一种，第一粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种，第一导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。

在其中一个实施例中，第二粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种，第二导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。

在其中一个实施例中，第一粘结剂和第二粘结剂为同一种粘结剂。

在其中一个实施例中，炭层的厚度为2～6μm。

在其中一个实施例中，活性层的厚度为110～160μm。

一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池负极片。

一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：

将第一粘结剂、第一导电剂和活性材料依次加入水或N-甲基吡咯烷酮N-甲基吡咯烷酮中，搅拌4～14h，制得第一浆液；

将第二粘结剂和第二导电剂依次加入水或N-甲基吡咯烷酮N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2.5～9.5h，制得第二浆液；

将第二浆液涂覆在铜箔上干燥，制得涂炭集流体；

将第一浆液涂覆在涂炭集流体上干燥，制得锂离子电池负极片。

上述的锂离子电池负极片，活性层和炭层中均含有粘结剂，粘结剂之间相互作用，因此锂离子电池负极片整体的粘结性能更好。此外，活性层和炭层中均含有导电剂，而导电剂含有较多官能团，导电剂之间通过键合作用，可达到增强活性材料物质粘结性。因此，在这两方面的结合下，这种结构的锂离子电池负极片的整体粘结性有了进一步的提升，通过炭层牢固粘结活性层，进而牢固粘结其中的活性材料，有效解决活性材料因膨胀而导致极片掉粉的情况，也减少了对锂离子电池循环性能的负面影响。

上述的锂离子电池，使用上述的锂离子电池负极片，有效解决了负极活性材料的膨胀问题，因此导致锂离子电池的整体循环性能有所提高。

附图说明

图1为本发明一实施方式的锂离子电池负极片的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将具体实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一实施方式的锂离子电池负极片10，由涂炭集流体110和涂覆于涂炭集流体110表面的活性层130构成，涂炭集流体110由铜箔1110和涂覆于铜箔1110表面的炭层1130构成。

活性层130的材料中，活性材料的质量百分含量为92～97％，第一粘结剂的质量百分含量为1～5％，第一导电剂的质量百分含量为1～3％。

进一步的，活性材料选自硅碳材料、天然石墨和人造石墨中的一种。

进一步的，第一粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种。

进一步的，第一导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。其中KS-6是一种各向同性的类球形人造石墨。

炭层1130的材料中，第二粘结剂的质量百分含量为1～10％，第二导电剂的质量百分含量为90～99％。

进一步的，第二粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种。

进一步的，第二导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。

进一步的，炭层的厚度为2～6μm。

进一步的，活性层的厚度为110～160μm。

可以理解，活性层130和炭层1130可采用同一种粘结剂，这样活性层130和炭层1130之间的粘结剂兼容性更好，从而使活性层130与炭层1130之间的整体粘结性能更好。

上述的锂离子电池负极片10，活性层130和炭层1130中均含有粘结剂，粘结剂之间相互作用，因此锂离子电池负极片10整体的粘结性能更好。此外，活性层130和炭层1130中均含有导电剂，而导电剂含有较多官能团，导电剂之间通过键合作用，可达到增强活性材料物质粘结性。因此，在这两方面的结合下，这种结构的锂离子电池负极片10的整体粘结性有了进一步的提升，通过炭层1130牢固粘结活性层130，进而牢固粘结其中的活性材料，有效解决活性材料因膨胀而导致极片掉粉的情况，减少对锂离子电池循环性能的负面影响。

一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池负极片10。

这种锂离子电池，使用上述的锂离子电池负极片10，有效解决了负极活性材料的膨胀问题和粘结问题，因此导致锂离子电池的整体循环性能有所提高。

一种锂离子电池负极片10的制备方法，包括以下步骤：

S100、将第一粘结剂、第一导电剂和活性材料依次加入水/N-甲基吡咯烷酮中，搅拌4～14h，制得第一浆液。

进一步的，活性材料的质量百分含量为92～97％，第一粘结剂的质量百分含量为1～5％，第一导电剂的质量百分含量为1～3％。

本实施方式中，制备第一浆液包括以下步骤：

S1100、将第一粘结剂加入水或者N-甲基吡咯烷酮中，以25-35Hz磁力搅拌2～8h。

S1200、在上述步骤S1100的混合物中加入第一导电剂并搅拌0.5～1.5h。

S1300、将活性材料分为两等份，在上述步骤S1200的混合物中加入其中一等份的活性材料并搅拌0.5h，再加入剩余的一等份活的性材料并搅拌1～4h制得第一浆液。

S200、将第二粘结剂和第二导电剂依次加入水或者N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2.5～9.5h，制得第二浆液。

进一步的，第二粘结剂的质量百分含量为1～10％，第二导电剂的质量百分含量为90～99％。

本实施方式中，制备第二浆液包括以下步骤：

S2100、将第二粘结剂加入水/N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2～8h。

S2200、在上述步骤2100的混合物中加入第二导电剂并搅拌0.5～1.5h，制得第二浆液。

可以理解，步骤S100和S200无需按照上述顺序执行，也可以先执行步骤S200或者步骤S200与步骤S100同步执行。

S300、将第二浆液涂覆在铜箔上干燥，制得涂炭集流体；

S400、将第一浆液涂覆在涂炭集流体上干燥，制得锂离子电池负极片。

以下结合具体实施例对上述锂离子电池负极片10进行详细说明。

实施例1

实施例1的锂离子电池负极片10，由涂炭集流体110和涂覆于涂炭集流体110表面的活性层130构成，涂炭集流体110由铜箔1110和涂覆于铜箔1110表面的炭层1130构成。

活性层130的材料中，活性材料的质量百分含量为92％，第一粘结剂的质量百分含量为5％，第一导电剂的质量百分含量为3％。

炭层1130的材料中，第二粘结剂的质量百分含量为1％，第二导电剂的质量百分含量为99％。

本实施例中，活性材料为硅碳材料，第一粘结剂和第二粘结剂均为丁苯橡胶，第一导电剂和第二导电剂均为炭黑导电剂。

本实施例中，炭层的厚度为2μm。

本实施例中，活性层的厚度为160μm。

实施例2

实施例2的锂离子电池负极片10，由涂炭集流体110和涂覆于涂炭集流体110表面的活性层130构成，涂炭集流体110由铜箔1110和涂覆于铜箔1110表面的炭层1130构成。

活性层130的材料中，活性材料的质量百分含量为97％，第一粘结剂的质量百分含量为2％，第一导电剂的质量百分含量为2％。

炭层1130的材料中，第二粘结剂的质量百分含量为10％，第二导电剂的质量百分含量为90％。

本实施例中，活性材料为天然石墨，第一粘结剂和第二粘结剂均为聚偏氟乙烯，第一导电剂和第二导电剂均为碳纳米管。

本实施例中，炭层的厚度为6μm。

本实施例中，活性层的厚度为110μm。

实施例3

实施例3的锂离子电池负极片10，由涂炭集流体110和涂覆于涂炭集流体110表面的活性层130构成，涂炭集流体110由铜箔1110和涂覆于铜箔1110表面的炭层1130构成。

活性层130的材料中，活性材料的质量百分含量为96.2％，第一粘结剂的质量百分含量为2.8％，第一导电剂的质量百分含量为1％。

炭层1130的材料中，第二粘结剂的质量百分含量为7％，第二导电剂的质量百分含量为93％。

本实施例中，活性材料为人造石墨，第一粘结剂和第二粘结剂均为丁苯橡胶，第一导电剂和第二导电剂均为碳纳米管。

本实施例中，炭层的厚度为4μm。

本实施例中，活性层的厚度为152μm。

对比例

对比例的锂离子电池负极片，由铜箔和涂覆于铜箔表面的活性层构成。

对比例中，活性层的材料成分、含量及厚度均与实施例3相同。

附着力测试

采用高强度双面胶，双面胶的一面粘结实施例3的锂离子电池负极片10表面的活性层130，双面胶的另一面粘结固定台，使用拉力机拉动极片至活性层130被拉离，脱落锂离子电池负极片10表面，记录拉力机的拉力数据。

同理处理对比例，并记录数据，与实施例3的数据对比如下表所示：

表格中，单面为铜箔或涂炭集流体上首先覆盖活性层的一面，双面则为另一面。

由此可见，采用涂炭集流体的负极片，附着力有很大的提升。

内阻测量

使用内阻测试仪连接被测试电池的正负极，所得读数即测量结果，具体数值如下表所示：

由此可见，采用涂炭集流体的负极片，内阻更小。

循环测试

测试条件：蓝电测试柜(5V，5A)，环境温度21～25℃

测试步骤：

在23±2℃条件下，0.5C恒流恒压充电至4.2V，截止电流0.05C，静置10min。然后0.5C恒流放电至3.0V，静置10min。

重复上述步骤300次。

循环测试结果如下表所示：

由此可见，采用涂炭集流体的负极片，容量保持率更高，循环性能更好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极片，其特征在于，由涂炭集流体和涂覆于所述涂炭集流体表面的活性层构成，所述涂炭集流体由铜箔和涂覆于所述铜箔表面的炭层构成，所述活性层的材料包括活性材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述炭层的材料包括第二粘结剂和第二导电剂。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述活性层的材料中，所述活性材料的质量百分含量为92～97％，所述第一粘结剂的质量百分含量为1～5％，所述第一导电剂的质量百分含量为1～3％。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述炭层的材料中，所述第二粘结剂的质量百分含量为1～10％，所述第二导电剂的质量百分含量为90～99％。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述活性材料选自硅碳材料、天然石墨和人造石墨中的一种，所述第一粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种，所述第一导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述第二粘结剂选自丁苯橡胶和聚偏氟乙烯中的一种，所述第二导电剂选自炭黑导电剂、碳纳米管和KS-6中的一种。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述第一粘结剂和所述第二粘结剂为同一种粘结剂。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述炭层的厚度为2～6μm。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片，其特征在于，所述活性层的厚度为110～160XX～XXμm。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1所述的锂离子电池负极片。

10.一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：

将第一粘结剂、第一导电剂和活性材料依次加入水或N-甲基吡咯烷酮中，搅拌4～14h，制得第一浆液；

将第二粘结剂和第二导电剂依次加入水或N-甲基吡咯烷酮中，搅拌2.5～9.5h，制得第二浆液；

将所述第二浆液涂覆在铜箔上干燥，制得涂炭集流体；

将所述第一浆液涂覆在涂炭集流体上干燥，制得锂离子电池负极片。