CN107204421B - 负极片及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负极片及锂离子电池。所述负极片包括：负极集流体；以及负极活性物质层，设置于所述负极集流体的一侧或两侧，且包括负极活性物质、负极粘结剂以及负极稳定剂。所述负极稳定剂为氟化石墨烯。本发明通过引入氟化石墨烯做负极稳定剂并兼做负极导电剂，能实现锂离子电池大倍率快速充电，同时提高锂离子电池的能量密度以及循环性能。

Description

负极片及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种负极片及锂离子电池。
背景技术
现有锂离子电池的负极稳定剂为高分子聚合物等有机化合物，这些有机化合物为电子绝缘体，因此会降低负极的导电性，这阻碍了锂离子电池充电倍率的提高。同时，由于这些有机化合物不具有储存锂离子的特点，也不利于锂离子电池能量密度的提高。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种负极片及锂离子电池，所述负极片能实现锂离子电池大倍率快速充电，同时提高锂离子电池的能量密度以及循环性能。
为了达到上述目的，在本发明的一方面，本发明提供了一种负极片，其包括：负极集流体；以及负极活性物质层，设置于所述负极集流体的一侧或两侧，且包括负极活性物质、负极粘结剂以及负极稳定剂。所述负极稳定剂为氟化石墨烯。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种锂离子电池，其包括根据本发明一方面所述的负极片。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明通过引入氟化石墨烯做负极稳定剂并兼做负极导电剂，能实现锂离子电池大倍率快速充电，同时提高锂离子电池的能量密度以及循环性能。
附图说明
图1为实施例1-4与对比例1的常温循环性能测试结果。
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的负极片及锂离子电池。
首先说明根据本发明第一方面的负极片。
根据本发明第一方面的负极片包括：负极集流体；以及负极活性物质层，设置于所述负极集流体的一侧或两侧，且包括负极活性物质、负极粘结剂以及负极稳定剂。所述负极稳定剂为氟化石墨烯。
常规负极片中同时使用负极稳定剂和负极导电剂，负极稳定剂用于稳定负极浆料，而氟化石墨烯作为负极稳定剂的同时也扮演负极导电剂的功能。氟化石墨烯中的氟原子在浆料中起到稳定剂的作用，同时石墨烯本身存在导电性的特点。氟化石墨烯作为负极稳定剂和常规的负极稳定剂(例如羧甲基纤维素钠)的区别在于：氟化石墨烯具有导电性而常规稳定剂没有；氟化石墨烯具有导通和储存锂离子的作用，而常规的负极稳定剂仅具有部分(或者完全没有)导通锂离子的作用；氟化石墨烯为片状结构，能实现活性物质与活性物质之间的包覆形态的连接，对析锂和充电速度都会改善，而常规的负极稳定剂没有。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述氟化石墨烯中的氟原子在所述氟化石墨烯中的质量百分含量可为0.1％～10％。即，所述氟化石墨烯的氟化比例为0.1％～10％。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述氟化石墨烯在所述负极活性物质层中的质量百分含量可为0.1％～5％。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述负极活性物质在所述负极活性物质层中的质量百分含量可为90％～99.9％。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述负极活性物质可选自石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、Li4Ti5O12、锡、硅、锡基氮化物、硅基氮化物、锡基氧化物、硅基氧化物、锡基卤化物、硅基卤化物、锡基合金、硅基合金中的一种或几种。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述负极集流体可为铜箔或不锈钢箔。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，所述负极粘结剂可为水性粘结剂。具体地，所述负极粘结剂可选自苯丙乳液、SBR、纯丙乳液中的一种或几种。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，在一实施例中，所述负极稳定剂还为氟化石墨烯与羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酰胺的混合物。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，在另一实施例中，所述负极活性物质层还包括负极导电剂。所述负极导电剂选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、气相生长碳纤维中的一种或几种。导电碳黑可选自Super-P、Super S、350G中的一种或几种。
在根据本发明第一方面所述的负极片中，在又一实施例中，所述负极稳定剂为氟化石墨烯与羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酰胺的混合物，且所述负极活性物质层还包括负极导电剂，所述负极导电剂选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、气相生长碳纤维中的一种或几种。导电碳黑可选自Super-P、Super S、350G中的一种或几种。
其次说明根据本发明第二方面的锂离子电池，所述锂离子电池包括根据本发明第一方面所述的负极片。
下面结合实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1
(1)负极片的制备
将负极活性物质石墨、负极导电剂Super-P、负极稳定剂氟化比例为10％的氟化石墨烯(购自墨西科技有限公司)、负极粘结剂苯丙乳液，按质量比95:2:1:2加入去离子水中混合搅拌均匀得到负极浆料，再将负极浆料涂覆在8μm厚的负极集流体铜箔的两面，之后再在80℃下烘干，然后经过冷压、分条、焊接极耳(0.4mm厚的铜片)制得负极片。
(2)正极片的制备
将正极活性物质钴酸锂(LiCoO2)、正极导电剂Super-P、正极粘结剂PVDF按质量比97:1:2加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合搅拌均匀得到正极浆料，再将正极浆料涂覆在12μm厚的正极集流体铝箔的两面，之后再在80℃下烘干，然后经过冷压、分条、焊接极耳(0.4mm厚的铝片)制得正极片。
(3)隔离膜的制备
隔离膜选用聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-聚丙烯PP三层复合薄膜。
(4)电解液的制备
将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯按质量比30:20:50混合均匀得到混合溶剂，再向混合溶剂中加入六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂盐，并使LiPF6的浓度为1.2M。
(5)锂离子电池的制备
将正极片、负极片和隔离膜通过叠片制成电芯，然后将电芯装入电池包装壳中，之后注入电解液，再经过化成、陈化等工艺制得锂离子电池。
实施例2
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：氟化石墨烯的氟化比例为5％。
实施例3
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：氟化石墨烯的氟化比例为0.1％。
实施例4
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：石墨、Super-P、氟化石墨烯、苯丙乳液的质量比为91:2:5:2。
实施例5
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：石墨、Super-P、氟化石墨烯、苯丙乳液的质量比为93:2:3:2。
实施例6
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：石墨、Super-P、氟化石墨烯、苯丙乳液的质量比为94:2:2:2。
实施例7
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：石墨、Super-P、氟化石墨烯、苯丙乳液的质量比为95.8:2:0.2:2。
实施例8
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：不加入Super-P，石墨、氟化石墨烯、苯丙乳液的质量比为95:1:4。
实施例9
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：还加入羧甲基纤维素钠(CMC)，石墨、Super-P、氟化石墨烯、CMC、苯丙乳液的质量比为95:2:0.8:0.2:2。
对比例1
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：不加入氟化石墨烯，且负极稳定剂为CMC。
对比例2
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于：不加入氟化石墨烯，负极稳定剂为CMC，石墨、Super-P、CMC、苯丙乳液的质量比为95.8:2:0.2:2。
接下来说明锂离子电池的测试过程。
(1)负极浆料的稳定性评估
向500mL烧杯中加入400g负极浆料，静置48h，观察负极浆料有无沉降。
(2)负极浆料的可加工性能测试
向100mL烧杯中加入80g负极浆料，使用粘度测试仪(购自美国BROOKFIELD公司BROOKFIELD NEW DV2TLV型粘度计)测量粘度，粘度在1500～8000mPa·S之间则显示具有良好加工性能；取负极浆料采用涂膜机器(购自深圳市浩能科技有限公司的TC650型涂膜机)涂膜，涂膜得到负极片无脱膜、无脱碳则进一步证明负极浆料的可加工性能良好。
(3)锂离子电池的常温循环性能测试
在25℃下，分别取3支实施例1-4的锂离子电池和3支对比例1的锂离子电池进行循环充放电测试。
测试步骤：以7C倍率恒流充电至电压为4.35V，之后以4.35V恒压充电至电流为0.05C，此时锂离子电池达到满充状态，之后静置5min，以1C倍率恒流放电至电压为3.0V，再静置5min，此为一个循环充放电过程。
锂离子电池在经过n次循环充放电后的容量保持率(％)＝锂离子电池第n次放电的容量/锂离子电池第1次放电的容量×100％。测试结果如图1。
(4)锂离子电池的能量密度测试
在25℃下，每组各取5支锂离子电池进行测试。
测试步骤：以0.7C倍率恒流充电至电压为4.35V，之后以4.35V恒压充电至电流为0.05C，此时锂离子电池达到满充状态，之后静置5min，以0.5C倍率恒流放电至电压为3.0V，再静置5min，记录锂离子电池0.5C倍率恒流放电时的容量和电压平台，最后测量锂离子电池的长度、宽度和厚度。
锂离子电池的能量密度(Wh/L)＝(锂离子电池0.5C倍率恒流放电时的容量×锂离子电池0.5C倍率恒流放电时的电压平台)/(锂离子电池的长度×锂离子电池的宽度×锂离子电池的厚度)。
(5)锂离子电池的充电倍率测试
在25℃下，每组各取3支锂离子电池进行测试。
测试步骤：分别以0.7C、1C、2C、3C、4C、5C、6C、6.5C、7C、7.5C、8C、8.5C、9C、9.5C、10C、10.5C、11C倍率恒流充电至电压为4.35V，之后以4.35V恒压充电至电流为0.05C，此时锂离子电池达到满充状态，之后静置5min，以1C倍率恒流放电至电压为3.0V，再静置5min。拆开锂离子电池，观察有无析锂，以不析锂时的最大充电倍率作为锂离子电池的最大充电倍率。
表1实施例1-9与对比例1-2的参数及测试结果
Figure BDA0000944510340000071
从表1的测试结果可知，当CMC含量为0.2％时(对比例2)，由于负极稳定剂含量较少，负极浆料的稳定性差，同时粘结性也差，导致涂膜时有脱膜、冷压时有脱碳现象。当CMC含量为1％时(对比例1)，尽管负极稳定剂的含量有所增加，但是负极浆料的稳定性仍较差，且锂离子电池的充电倍率性能较差。
在实施例1-3中，当氟化石墨烯的氟化比例改变时，氟化石墨烯的性质会发生变化。当氟化石墨烯的氟化比例降低时，氟化石墨烯的稳定性会有所降低，同时F含量的降低，使得氟化石墨烯传输Li+的性能下降，因此会导致倍率性能下降。在实施例4-7中，当氟化石墨烯的质量百分含量降低时，氟化石墨烯在负极片中所起的稳定性会有所降低，因此会导致倍率性能下降。在实施例1和实施例8中，当不加入Super-P时，负极片的锂离子导电性会有所降低，因此倍率性能有所下降，但仍高于不加入氟化石墨烯的对比例1-2。在实施例1和实施例9中，当降低氟化石墨烯的用量，增加CMC的用量后，负极浆料的稳定性提高，但是由于CMC不具有传递电子和导通锂离子的作用，所以导致倍率性能下降。
在图1中，比较实施例1和实施例4可知，氟化石墨烯的加入量降低，锂离子电池的循环性能有所降低。比较实施例1-3可知，氟化石墨烯的氟化比例降低，锂离子电池的循环性能有所降低。

Claims (10)

1.一种负极片，包括：
负极集流体；以及
负极活性物质层，设置于所述负极集流体的一侧或两侧，且包括负极活性物质、负极粘结剂以及负极稳定剂；
其特征在于，
所述负极稳定剂为氟化石墨烯；
所述负极粘结剂为水性粘结剂。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述氟化石墨烯中的氟原子在所述氟化石墨烯中的质量百分含量为0.1％～10％。
3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述氟化石墨烯在所述负极活性物质层中的质量百分含量为0.1％～5％。
4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极活性物质在所述负极活性物质层中的质量百分含量为90％～99.9％。
5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极活性物质选自石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳、Li4Ti5O12、锡、硅、锡基氮化物、硅基氮化物、锡基氧化物、硅基氧化物、锡基卤化物、硅基卤化物、锡基合金、硅基合金中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述负极粘结剂选自苯丙乳液、SBR、纯丙乳液中的一种或几种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的负极片，其特征在于，所述负极稳定剂为氟化石墨烯与羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酰胺的混合物。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的负极片，其特征在于，所述负极活性物质层还包括负极导电剂，所述负极导电剂选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、气相生长碳纤维中的一种或几种。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的负极片，其特征在于，
所述负极稳定剂为氟化石墨烯与羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酰胺的混合物；
所述负极活性物质层还包括负极导电剂，所述负极导电剂选自导电碳黑、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、气相生长碳纤维中的一种或几种。
10.一种锂离子电池，包括根据权利要求1-9中任一项所述的负极片。
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