CN107546364A - 一种锂离子动力电池负极片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子动力电池负极片，其包括负极集流体、导热箔和负极片，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层，负极涂层由负极浆料涂覆形成，其中负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得；本发明还公开了一种锂离子动力电池负极片的制备方法。采用本发明的负极片的锂离子电池可将电池内部产生的热量以高效的横向热传导方式传导至电池外部，可以有效降低电池内部热量累积过程，从而降低电池内部温升；避免电池内部温度过高导致电池活性物质老化过程，避免电池的电性能恶化，延长了电池的使用寿命，降低了由于电池内部温度持续升到导致安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子动力电池负极片及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极之间迁移进行工作的二次电池，锂离子电池具有较高的能量密度，是一种容量大高效的二次电池；但是锂离子电池在工作时的发热问题也影响着锂离子电池的使用，锂离子电池中的电解液多为有机溶剂体系的电解液，有机溶剂在高温环境下会分解产生气体，这些产生的不良气体在锂离子电池中不断积聚，不仅会使锂离子电池的性能下降，同时也会使锂离子电池发生鼓包，甚至会发生破裂和爆炸，带来极大的安全隐患，因此需要增进锂离子电池的散热性能。现有技术中，锂离子电池的散热是通过电池主体热传导的方式散热，即从电池内部至外部，由内至外传递热量，将电池充放电过程中产生的热量传导到电池表面，一些对锂离子电池散热性能的改进也是在此基础上进行的。
例如，中国专利公布号CN105576322A，专利公布日为2016年5月11日，公布了一种具有散热结构的锂离子动力电池，该发明改进了锂离子电池的外壳，采用热电材料和铝材料制备的散热壳层代替原来的铝合金外壳，采用这种散热壳层可以增进锂离子电池外壳的散热性能；又如，中国专利公布号CN104466058A，专利公布日为2015年3月25日，公布了用于解决锂电芯散热与安全的电池壳体，该发明提供了一种在壳体侧面具有多处散热凸沿的电池壳体，采用这种电池壳体同样也增加锂离子电池外壳的散热性能。但是锂离子电池外壳散热性能不佳只是造成锂离子电池难散热的一个次要，其主要原因是锂离子电池内部，正负极片间的隔膜导热性能差，使得电池内部产生的热量难以穿越隔膜传递到电池表面，这种情况下无论怎么改进电池外壳的散热性能，也只是增加锂离子电池表面部分的散热性能，无法解决锂离子电池中心部位的散热问题，无法在很大程度上改善锂离子电池的散热性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种加快锂离子电池内部热量向外传递，并能够增加锂离子电池散热性能的锂离子动力电池负极片；
本发明还提供了一种制备效率高，散热效果好的，能够提高锂离子动力电池散热性能的锂离子动力电池负极片制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锂离子动力电池负极片，包括负极集流体、导热箔和负极片，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层，负极涂层由负极浆料涂覆形成。
作为优选，负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.2～1.5：2.5～4.8：100～120。
作为优选，负极浆料中导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
作为优选，负极浆料中石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.5：4：115。
现有软包装锂离子动力电池负极片的不足之处在于，极片只有输出电流的集流体端，无热量导出端，同时电池内部隔膜导热性能差，电池内部的热量难以在负极片-隔膜-正极片-隔膜-负极片为单元的层间纵向方向上传导，动力锂离子电池在高倍率充、放电下，电池将产生大量热量，尤其是电池内部的热量无法及时传导至电池外部，从而导致电池电性能恶化，电池循环寿命变差，也增加了安全风险；本发明采用增加负极片的导热箔片结构，使热量由电池内部的低效率的纵向传导，即负极片-隔膜-正极片-隔膜-负极片为单元的层间方向，变为以横向负极片铜箔为热传导的高效散热方式，可将电池内部各个单元间热量横向传导至电池外部；在动力锂离子电池充、放电过程中，将电池内部产生的热量通过导热箔片结构及时导出至电池外部，避免了锂电池内部热量的累积，从而降低动力锂电池内部温度，有效提高的动力锂电池的循环寿命，降低了锂电池的安全风险。
一种锂离子动力电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌60～120分钟，温度保持在45～60℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合30～90分钟，向其中加入胶液低速预混合90～150分钟；再在球磨机上球磨20～40分钟，控制浆料粘度为6000～10000MPa·s，浆料细度控制在15～45微米，固含量控制在39～45%；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在100～130℃，辊压速度为20～40米/分钟；
d）负极片冲切成型。
作为优选，步骤a中，低速搅拌时搅拌速率为10～15rpm，低速预混合时混合速率为10～15rpm。
作为优选，步骤b负极涂覆时，控制涂覆速度为10～18米/分钟，控制烘箱首部区域温度为85～100℃，烘箱中部区域温度为110～130℃，烘箱尾部温度为80～90℃。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）采用本发明的负极片的锂离子电池可将电池内部产生的热量以高效的横向热传导方式传导至电池外部，在动力锂离子电池长期使用过程中，可以有效降低电池内部热量累积过程，从而降低电池内部温升；
（2）负极制备简单易行，仅仅在原有负极制备方法上添加导热箔的装配步骤；
（3）避免电池内部温度过高导致电池活性物质老化过程，避免电池的电性能恶化，提高了电池的循环寿命，延长了电池的使用寿命，降低了由于电池内部温度持续升到导致安全风险。
附图说明
图1为负极片的结构示意图；
图2为负极集流体的结构示意图；
图3为负极导热箔的结构示意图；
图4为装配有本发明负极片锂离子动力电池的常温循环曲线图。
图中：1、负极集流体，2、导热箔，3、负极片，4.负极涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
如图1～3所示，一种锂离子动力电池负极片，包括负极集流体1、导热箔2和负极片3，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层4，负极涂层由负极浆料涂覆形成；
其中，负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，负极浆料中石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.5：4：115。
一种锂离子动力电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌90分钟，温度保持在55℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合60分钟，向其中加入胶液低速预混合120分钟；再在球磨机上球磨30分钟，控制浆料粘度为8000MPa·s，浆料细度控制在30微米，固含量控制在42%；低速搅拌时搅拌速率为15rpm，低速预混合时混合速率为15rpm；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；控制涂覆速度为14米/分钟，控制烘箱首部区域温度为90℃，烘箱中部区域温度为120℃，烘箱尾部温度为80～90℃；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在115℃，辊压速度为30米/分钟；
d）负极片冲切成型。
实施例2
如图1～3所示，一种锂离子动力电池负极片，包括负极集流体1、导热箔2和负极片3，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层4，负极涂层由负极浆料涂覆形成；
其中，负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.2：2.5：100；负极浆料中导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种锂离子动力电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌60分钟，温度保持在45℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合30分钟，向其中加入胶液低速预混合90分钟；再在球磨机上球磨20分钟，控制浆料粘度为6000MPa·s，浆料细度控制在15微米，固含量控制在39%；低速搅拌时搅拌速率为10rpm，低速预混合时混合速率为10rpm；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；控制涂覆速度为10米/分钟，控制烘箱首部区域温度为85℃，烘箱中部区域温度为110℃，烘箱尾部温度为80℃；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在100℃，辊压速度为20米/分钟；
d）负极片冲切成型。
实施例3
如图1～3所示，一种锂离子动力电池负极片，包括负极集流体1、导热箔2和负极片3，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层4，负极涂层由负极浆料涂覆形成；
其中，负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.5：4：115；负极浆料中导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种锂离子动力电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌90分钟，温度保持在55℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合60分钟，向其中加入胶液低速预混合120分钟；再在球磨机上球磨30分钟，控制浆料粘度为8000MPa·s，浆料细度控制在30微米，固含量控制在42%；低速搅拌时搅拌速率为15rpm，低速预混合时混合速率为15rpm；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；控制涂覆速度为14米/分钟，控制烘箱首部区域温度为95℃，烘箱中部区域温度为120℃，烘箱尾部温度为85℃；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在115℃，辊压速度为30米/分钟；
d）负极片冲切成型。
实施例4
如图1～3所示，一种锂离子动力电池负极片，包括负极集流体1、导热箔2和负极片3，负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层4，负极涂层由负极浆料涂覆形成；
其中，负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：1.5：4.8：120；负极浆料中导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种锂离子动力电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌120分钟，温度保持在60℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合90分钟，向其中加入胶液低速预混合150分钟；再在球磨机上球磨40分钟，控制浆料粘度为10000MPa·s，浆料细度控制在45微米，固含量控制在45%；低速搅拌时搅拌速率为15rpm，低速预混合时混合速率为15rpm；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；控制涂覆速度为18米/分钟，控制烘箱首部区域温度为100℃，烘箱中部区域温度为130℃，烘箱尾部温度为90℃；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在130℃，辊压速度为40米/分钟；
d）负极片冲切成型。
性能测试：
以未增加负极导热箔结构的电池作为对比样；
如图4所示，当常温循环进行到714次时，对比样中未增加负极导热箔结构电池的容量保持率80%，本发明增加负极片导热箔结构电池的容量保持率为94.6%；增加负极片导热箔结构电池的电池常温循环寿命比对比样中未增加负极导热箔结构的电池更加优秀。
Claims (7)
1.一种锂离子动力电池负极片，其特征在于：包括负极集流体（1）、导热箔（2）、负极片（3），负极集流体设于负极片的任一侧边，导热箔设于不同于负极集流体的侧边，负极片的表面设有负极涂层（4），负极涂层由负极浆料涂覆形成。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池负极片，其特征在于：所述的负极浆料由石墨、导电剂、粘结剂和溶剂制得，石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.2～1.5：2.5～4.8：100～120。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池负极片，其特征在于：所述负极浆料中导电剂为碳纳米管，粘结剂为聚偏氟乙烯，溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池负极片，其特征在于：所述负极浆料中石墨、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为95.5：0.5：4：115。
5.一种根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池负极片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a）负极浆料制备：将粘结剂加入到溶剂中，低速搅拌60～120分钟，温度保持在45～60℃制得胶液；将石墨与碳纳米管低速预混合30～90分钟，向其中加入胶液低速预混合90～150分钟；再在球磨机上球磨20～40分钟，控制浆料粘度为6000～10000MPa·s，浆料细度控制在15～45微米，固含量控制在39～45%；
b）负极涂覆：在双面涂布机上，采用间隙涂布方式进行双面涂布；
c）负极压片：采用热压的方式进行碾压，压辊温度控制在100～130℃，辊压速度为20～40米/分钟；
d）负极片冲切成型。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子动力电池负极片的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，低速搅拌时搅拌速率为10～15rpm，低速预混合时混合速率为10～15rpm。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子动力电池负极片的制备方法，其特征在于：所述步骤b负极涂覆时，控制涂覆速度为10～18米/分钟，控制烘箱首部区域温度为85～100℃，烘箱中部区域温度为110～130℃，烘箱尾部温度为80～90℃。
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