CN109004217A - 一种锂电池负极片配方 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池负极片配方，由92～97份石墨、0.8～1.5份导电剂(导电炭黑)和2～5份粘结剂组成，其中，粘结剂包括1～10份CMC‑Na、2～20份CMC‑Li和7～50份丁苯橡胶。本发明有以下有益之处：1)作为粘接剂加入的CMC‑Li，提高了锂离子锂电池的首次库伦效率；2)导电剂乙炔炭黑和副产炭黑的使用，提高了锂电池的放电容量；3)本配方有效改善了锂电池容量保持率(循环1000次以上，保持率大于85％)。

Description

一种锂电池负极片配方
技术领域
本发明涉及锂电池生产配方领域，尤其涉及一种锂电池负极片配方。
背景技术
按锂离子锂电池成本比例，负极材料占比锂电池总成本的25～28％。较为理想的负极材料少要具备以下7点条件：化学电位较低，与正极材料形成较大的电势差，从而得到高功率锂电池；应具备较高的循环比容量；在负极材料中Li+应该容易嵌入和脱出，具有较高的库伦效率，以至于在Li+脱嵌过程中可以有较稳定的充放电电压；有良好的电子电导率和离子电导率；有良好的稳定性，对电解质有一定的兼容性；对于材料的来源应该资源丰富，价格低廉，制造工艺简单；安全、绿色无污染。现阶段，锂离子锂电池负极材料主要有碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料，含锂的过渡金属的氮化物以及钛酸锂材料。
按照材料的组分，通常可以将锂电池负极材料分为2大类：碳材料和非碳质材料。碳材料负极进一步分类为天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(MCMB)、软炭(如焦炭)负极、硬炭负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等；其他非碳负极材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。
石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，但实际比容量为330～370mAh/g；石墨具有明显的低电位充放电平台(0.01～0.2V)，大部分嵌锂容量都在该电压区域内产生，充放电平台对应着石墨层间化合物LiC6的形成和分解，这有利于给锂电池提供高而平稳的工作电压。但是石墨负极材料也有一定的缺陷，在充放电过程中它易与电解液反应生成固体电解质界面(SEI)膜，使得锂离子锂电池首次库伦效率(库伦效率是指锂电池放电容量与同循环过程中充电容量之比，即放电容量与充电容量之百分比。对于负极材料来说，是脱锂容量/嵌锂容量，即放电容量/充电容量)较低；
此外，石墨负极与电解液的相容性较差，容易与电解液中的有机溶剂发生共嵌入情况，这会导致负极石墨层膨胀剥落，进而使得锂离子锂电池循环稳定性降低。
负极片的主要成分是负极材料和导电剂，其中导电剂主要为导电炭黑，导电炭黑产品主要有副产炭黑(重油造气副产炭黑)、乙炔炭黑和炉法导电炭黑三大类型，目前对导电炭黑的选用没有明确的研究表明它们之间的差异，及其如何配比配比能有效改善锂电池质量也缺少相关研究。
因此，需要针对以上存在的问题对锂电池负极片配方进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种锂电池负极片配方，提高了由该负极片制作的锂电池的的首次库伦效率其有效地改善了锂电池的锂电池容量保持率。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种锂电池负极片配方，按重量计，由92～97份石墨(负极活性物质)、0.8～1.5份导电剂(导电炭黑)和2～5份粘结剂组成，其中，粘结剂包括1～10份CMC-Na、2～20 份CMC-Li和7～50份丁苯橡胶。
进一步地，粘结剂包括2～6份CMC-Na、4～15份CMC-Li和17～40份丁苯橡胶。
进一步地，粘结剂包括3～5份CMC-Na、6～12份CMC-Li和22～35份丁苯橡胶
进一步地，粘结剂包括4份CMC-Na、8份CMC-Li和29份丁苯橡胶。
进一步地，选择乙炔炭黑和副产炭黑组成导电剂，具体地，导电剂由1份乙炔炭黑和 3份副产炭黑组成。
本技术方案中，CMC-Li起到粘结剂的同时，还能提高锂电池的首次库伦效率并改善锂电池的容量保持率。
与现有的技术相比，本发明有以下有益之处：
1)作为粘接剂加入的CMC-Li，提高了锂离子锂电池的首次库伦效率；
2)导电剂乙炔炭黑和副产炭黑的使用，提高了锂电池的放电容量；
3)本配方有效改善了锂电池容量保持率(循环1000次以上，保持率大于85％)。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
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。
实施例1
一种锂电池负极片配方，具体为920g石墨、2g乙炔炭黑、6g副产炭黑、2gCMC-Na、4gCMC-Li和14g丁苯橡胶。
实施例2
一种锂电池负极片配方，具体为950g石墨、3g乙炔炭黑、9g副产炭黑、3.5gCMC-Na、10.5gCMC-Li和26.25g丁苯橡胶。
实施例3
一种锂电池负极片配方，具体为970g石墨、3.75g乙炔炭黑、11.25g副产炭黑、6.25gCMC-Na、12.5gCMC-Li和31.25g丁苯橡胶。
实施例4
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括1.25gCMC-Na、2.5gCMC-Li和10.625g丁苯橡胶。
实施例5
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括3.125gCMC-Na、5gCMC-Li和22.5g丁苯橡胶。
实施例6
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括1.875gCMC-Na、3.75gCMC-Li和13.75g丁苯橡胶。
实施例7
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括2.25gCMC-Na、5.625gCMC-Li和17.5g丁苯橡胶。
实施例8
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括3.125gCMC-Na、7.5gCMC-Li和21.875g丁苯橡胶。
实施例9
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，除以下内容不同外，其余内容同实施例3，不同之处在于：
粘结剂包括2.5gCMC-Na、5gCMC-Li和18.125g丁苯橡胶。
对照组实施例：
本实施例提供了一种锂电池负极片配方，具体为970g石墨、3.75g乙炔炭黑、11.25g 副产炭黑、18.75gCMC-Na、31.25g丁苯橡胶。
以上实施例1～9和对照组实施例提供的配方按每支锂电池18g制作负极片，各组分在锂电池中的占比情况见表1：
表1：负极片组成成分表
上表显示负极片配方中石墨含量为93.72～97.06％，导电剂含量为0.84～1.49％，粘粘剂含量为1.44～4.83％。用实施例1～9配方制作的负极片制作锂电池用于测试其首次库伦效率(测试方法参照EDTM-09)，测试结果见表2。
表2锂电池首次充放电试验结果表
从表2中数据看出，实施例1～9制作的锂电池首次库伦效率(库伦效率＝充电容量/ 放电容量*100％)较对照实施例的提高了3.77～10.17％，其中实施例2和实施例3的最高，达到了94％以上，结合表1和表2的数据可以看出CMC-Li和丁苯橡胶的含量对提供首次库伦效率贡献相对较大；从表1和表2中数据还能看出随石墨的含量增加，锂电池的放电容量大致呈上升趋势。
对实施例1～9配方制作的锂电池进行充放电循环试验(方法参见QCT743)，试验结果见表3。
表3锂电池充放电循环试验结果表
从表3中可以看出，锂电池容量保持率(保持率＝当次放电容量/首次放电容量*100％) 随循环次数的增加逐渐降低，其中实施例1～9的配方制作的锂电池保持率经1000次循环后均大于85％，而对照组的配方制作的锂电池保持率在循环300次就小于85％了(这一数据能够满足普通锂电池的标准(GB/T18287：循环100次保持率大于90％，循环300次保持率大于80％))，在循环600次时，对照组锂电池保持率已经下降到了51.1％，循环300次以后出现了大幅下降；这表明实施例1～9的配方能够明显地提高锂电池容量保持率，特别地，从表3中可以看出随CMC-Li添加量的增加，锂电池保持率递减程度呈下降趋势，实实施例3和对照组的区别在于实施例3用CMC-Li部分替代了CMC-Na，这表明CMC-Li的加入改善了锂电池的容量保持率(实施例1～9的保持率在100次时均在94％以上，对照组为93.46％，而且实施例1～9的保持率在600次时依然大于90％)。
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。

Claims (5)

1.一种锂电池负极片配方，其特征在于：按重量计，由92～97份石墨、0.8～1.5份导电剂和2～5份粘结剂组成，其中，粘结剂包括1～10份CMC-Na、2～20份CMC-Li和7～50份丁苯橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池负极片配方，其特征在于：按重量计，粘结剂包括2～6份CMC-Na、4～15份CMC-Li和17～40份丁苯橡胶。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池负极片配方，其特征在于：按重量计，粘结剂包括3～5份CMC-Na、6～12份CMC-Li和22～35份丁苯橡胶。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池负极片配方，其特征在于：按重量计，粘结剂包括4份CMC-Na、8份CMC-Li和29份丁苯橡胶。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池负极片配方，其特征在于：按重量计，导电剂由1份乙炔炭黑和3份副产炭黑组成。
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