CN108511754A - 一种负极浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负极浆料，以负极浆料总质量为基准，所述负极浆料由以下质量百分比的组份组成：35%~45%的负极活性材料、2%~5%的负极导电剂、1%~5%的粘结剂和35%~45%的溶剂，所述导电剂选自炭黑聚集体、单壁碳纳米管、石墨烯中的一种或几种，所述炭黑聚集体的粒径为40~600nm，比表面积为100‑300m2/g，所述单壁碳纳米管的管径为0.4~5nm，管长大于30μm，所述石墨烯的层数小于10层，比表面积大于500m2/g。本发明的负极浆料采用的导电剂体系在负极中形成点线面的导电网络，因此具有优良的导电性，可大幅减少导电剂添加量，负极活性物质的相对含量提高，能够提高磷酸铁锂电池的能量密度，从而提升电池倍率性能及循环性能。

Description

一种负极浆料
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种应用于磷酸铁锂电池的负极浆料。
背景技术
随着社会的发展，人们的环保意识越来越强，逐步推崇绿色能源产品。磷酸铁锂电池是指以磷酸铁锂电池为正极材料的一类锂离子电池，以其高安全稳定性、宽工作温度范围、平均输出功率大、无记忆效应、无有毒物质，被称为绿色电池，是电子和动力领域主要能源产品。目前磷酸铁锂（LFP）锂离子电池负极浆料中常用的炭黑导电剂主要有Super-P（SP），SP作为常用导电剂，导电性能一般，使用添加量较大，影响电池能量密度。
在中国专利文献上公开了“一种锂离子电池负极浆料及其制备方法”，其公告号为CN105406073A，该发明通过采用石墨炔作为锂离子电池负极活性物质提高了锂离子电池的倍率性能和循环性能，但是该体系中负极浆料依然采用SP作为负极导电剂，存在使用添加量较大，影响电池能量密度，限制锂离子电池的倍率性能和循环性能的进一步提高的问题。
发明内容
本发明为了克服传统磷酸铁锂（LFP）锂离子电池负极导电剂SP导电性能一般，使用添加量较大，影响电池能量密度的问题，提供了一种导电材料加入量少，导电性能好，能提高磷酸铁锂电池的循环性能的负极浆料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种负极浆料，以负极浆料总质量为基准，所述负极浆料由以下质量百分比的组份组成：35%~45%的负极活性材料、2%~5%的负极导电剂、1%~5%的粘结剂和35%~45%的溶剂，所述导电剂选自炭黑聚集体、单壁碳纳米管、石墨烯中的一种或几种，所述炭黑聚集体的粒径为40~600nm，比表面积为100-300m2/g，所述单壁碳纳米管的管径为0.4~5nm，管长大于30μm，所述石墨烯的层数小于10层，比表面积大于500m2/g。
以负极浆料总质量为基准，在制备负极浆料时加入2%~5%的负极导电剂，将炭黑聚集体、单壁碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的添加量的总和控制在此范围时，电池的循环性能较佳。此外，炭黑聚集体、单壁碳纳米管、石墨烯各自特性都具有较佳的范围，该范围内其导电性能良好。
作为优选，以负极浆料总质量为基准，所述炭黑聚集体的添加量控制在0.5%~5%，所述添加量既包括单独添加炭黑聚集体，又包括与单壁碳纳米管或石墨烯任意一种组合的情况。
作为优选，以负极浆料总质量为基准，所述单壁碳纳米管的添加量控制在0.1%~1%，所述添加量既包括单独添加单壁碳纳米管，又包括与炭黑聚集体或石墨烯任意一种组合的情况。单壁碳纳米管成本较高，为了控制成本，减少耗材，将其添加量控制在0.1%~1%，此外该范围内电池的循环性能较佳。
作为优选，以负极浆料总质量为基准，所述石墨烯的添加量控制在0.1%~1%，所述添加量既包括单独添加石墨烯，又包括与炭黑聚集体或单壁碳纳米管任意一种组合的情况。石墨烯成本较高，为了控制成本，减少耗材，将其添加量控制在0.1%~1%，此外该范围石墨烯的分散性好，电池的循环性能较佳。
本发明具有如下有益效果：此负极浆料采用的导电剂体系在负极中形成点线面的导电网络，因此具有优良的导电性，可大幅减少导电剂添加量，负极活性物质的相对含量提高，能够提高磷酸铁锂电池的能量密度，从而提升电池倍率性能及循环性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
（1）制备正极极片：混合91g的磷酸铁锂（LiFePO4)，0.35g的导电炭黑SP，1g的VGCF，以及4.5g的聚偏氟乙烯，并添加70g的N-N-二甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，均匀的涂覆在正极集流体压延铝箔上，干燥后用普通镜面碾压机进行碾压，制成正极极片。
（2）制备负极极片：负极导电剂为平均粒径为40nm，平均比表面积为100m2/g的炭黑聚集体，混合94.2g的人造石墨（能量密度：335mAh/g），添加量占负极浆料总质量5.0%的负极导电剂，1.3g的羧甲基纤维素钠(CMC)以及2.5g的丁苯橡胶(SBR)，并添加140g的去离子水搅拌形成浆液，均匀的涂覆在10μm厚的负极集流体电解铜箔上，干燥后用普通镜面碾压机进行碾压，制成负极极片。
（3）准备隔膜：隔膜采用厚度为32μm的微孔PE隔膜。
（4）准备电解液：电解液采用1.1mol/L的六氟磷酸锂溶解到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的有机溶剂混合物中，其中碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯的体积比为（42:52:3:3）。添加剂为2%的碳酸亚乙烯酯。
（5）准备外壳：外壳采用铝塑膜，铝塑膜采用厚度为152μm具有尼龙层、粘结层、PP层、粘结层、铝箔、粘结层、PP层层状复合结构材料。
（6）准备外接端子：正极端子采用0.2mm厚铝材质极耳，负极端子采用0.2mm铜镀镍极耳，镍镀层3μm。
（7）准备电池：以叠片形式，将正极极片、隔膜、负极极片相间叠片形成电芯，单向焊接极耳；然后进行铝塑膜热封，注入电解液，热封封口；依次进行搁置-冷热压-预充-抽空-化成-分容，制成磷酸铁锂电池。电池充放电截止电压为2.0~3.65V。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：负极导电剂为平均粒径为320nm，平均比表面积为300m2/g的炭黑聚集体，平均管径5nm，平均管长35μm的单壁碳纳米管，层数为20层，比表面积为550m2/g的石墨烯，以负极浆料为基准，负极导电剂的总添加量为4.2%，其中炭黑聚集体的添加量为4%，单壁碳纳米管的添加量为0.1%，石墨烯的添加量为0.1%，其余工艺与实施例1完全相同。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于：负极导电剂为平均粒径为600nm，平均比表面积为200m2/g的炭黑聚集体，平均管径2.7nm，平均管长40μm的单壁碳纳米管，层数为17层，比表面积为600m2/g石墨烯，以负极浆料为基准，负极导电剂的总添加量为3.5%，其中炭黑聚集体的添加量为2.7%，单壁碳纳米管的添加量为0.4%，石墨烯的添加量为0.5%，其余工艺与实施例1完全相同。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于：负极导电剂为平均粒径为400nm，平均比表面积为50m2/g的炭黑聚集体，平均管径2.7nm，平均管长45μm单壁碳纳米管，层数为15层，比表面积为650m2/g石墨烯，以负极浆料为基准，负极导电剂的总添加量为2.2%，其中炭黑聚集体的添加量为0.5%，单壁碳纳米管的添加量为0.8%，石墨烯的添加量为0.9%，其余工艺与实施例1完全相同。
实施例5
实施例5与实施例1的不同之处在于：负极导电剂为平均管径4.5nm，平均管长55μm单壁碳纳米管和层数为17层，比表面积为700m2/g石墨烯，以负极浆料为基准，负极导电剂的总添加量为2%，其中单壁碳纳米管的添加量为1%，石墨烯的添加量为1%，其余工艺与实施例1完全相同。
对比例
对比例与实施例1的不同之处在于：负极导电剂为SP，以负极浆料为基准，负极导电剂的总添加量为2%，其余工艺与实施例1完全相同。
测试上述实施例1至5及对比例制得的磷酸铁锂电池的放电性能和循环寿命结果如表1所示。
表1. 具有不同负极导电剂体系的负极浆料对磷酸铁锂电池性能的影响
项目 对比例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
倍率（1C） 99.8% 100% 100% 100% 100% 100%
倍率（2C） 98.4% 99.6% 99.8% 100% 100% 100%
倍率（3C） 97.2% 99.2% 99.2% 99.3% 99.5% 100%
倍率（4C） 95.8% 97.8% 98.0% 98.0% 98.2% 98.4%
循环维持率@300cycle 45degc 92.3% 94.8% 95.1% 95.1% 95.2% 95.3%
从表1结果可见，负极浆料在负极导电剂体系中减少新的导电剂体系添加量情况下，磷酸铁锂电池表现出更好的倍率和循环特性。
本发明的负极浆料采用的导电剂体系在负极中形成点线面的导电网络，因此具有优良的导电性，可大幅减少导电剂添加量，负极活性物质的相对含量提高，能够提高磷酸铁锂电池的能量密度，从而提升电池倍率性能及循环性能。

Claims (4)

1.一种负极浆料，其特征在于，以负极浆料总质量为基准，所述负极浆料由以下质量百分比的组份组成：35%~45%的负极活性材料、2%~5%的负极导电剂、1%~5%的粘结剂和35%~45%的溶剂，所述导电剂选自炭黑聚集体、单壁碳纳米管、石墨烯中的一种或几种，所述炭黑聚集体的粒径为40~600nm，比表面积为100-300m2/g，所述单壁碳纳米管的管径为0.4~5nm，管长大于30μm，所述石墨烯的层数小于10层，比表面积大于500m2/g。
2.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，以负极浆料总质量为基准，所述炭黑聚集体的添加量控制在0.5%~5%。
3.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，以负极浆料总质量为基准，所述单壁碳纳米管的添加量控制在0.1%~1%。
4.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于，以负极浆料总质量为基准，所述石墨烯的添加量控制在0.1%~1%。
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