CN110048082A - 减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片，所述的方法包括以下步骤：以挥发性有机溶剂为添加剂制备石墨负极浆料；将制备得到的石墨负极浆料涂覆在集流体上得到预处理极片；对预处理极片进行吹风干燥。本发明提出的减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法过程简单，所得极片取向值减小，用于锂离子电池中能改善锂离子电池的倍率性能及低温性能。

Description

减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片。
背景技术
随着新能源电动汽车的发展，动力锂离子电池将在相当长的一段时间内都有着巨大的市场。电极材料是影响动力锂离子电池的性能一个主要因素，负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨类碳素材料，分为人造石墨和天然石墨，且国内市场基本都采用人造石墨为主。近年来随着市场的发展，国内已有不少电池厂家引入天然石墨，因为其具有接近完美的石墨晶体结构，使其具有了高容量、易加工、高压实及低成本的特点。然而，石墨负极的层状结构使其不具备快速脱嵌锂离子的能力，在大电流和低温条件下，因锂离子嵌入石墨层内通过石墨层状结构的端面进行插入，基面很难插入锂离子，锂离子很难快速的嵌入石墨层间，且可能会在负极石墨表面析锂形成锂枝晶，导致短路，出现安全问题，因此不能满足现今人们提出的锂离子电池快充需求。
石墨的取向性是表征石墨是否能快速脱嵌锂离子的一种方法，石墨的取向值越低其脱嵌锂离子的速度越快，反之越慢。因此，减小石墨的取向值可以加快锂离子在充放电过程中的脱嵌，从而改善锂离子电池的倍率性能和低温性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法及所得极片，所述方法过程简单，所得极片取向值减小，用于锂离子电池中能改善锂离子电池的倍率性能及低温性能。
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以挥发性有机溶剂为添加剂制备石墨负极浆料；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在集流体上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥。
优选地，在S1中，挥发性有机溶剂的添加质量为石墨负极浆料质量的1-10％。
优选地，在S1中，所述挥发性有机溶剂为挥发性醇类溶剂。
优选地，所述挥发性醇类溶剂为乙醇、甲醇中的一种或者两种的混合物。
优选地，所述挥发性醇类溶剂为无水乙醇。
优选地，在S2中，所述集流体为铜箔。
优选地，在S3中，在吹风干燥的过程中，吹风的风向平行于预处理极片的表面。
优选地，在S3中，吹风干燥的时间为4-12h，吹风干燥的温度为60-100℃。
优选地，在S3中，吹风干燥的风速为6m/s-30m/s。
本发明还提出的一种锂离子电池石墨负极极片，采用所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
本发明所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法中，石墨负极材料在合浆的过程中，加入适量的挥发性有机溶剂，获得了均匀的浆料，将浆料涂覆在集流体上，然后采用吹风进行吹风干燥获得吹风干燥后的石墨负极极片；吹风干燥后的石墨负极极片相较于常规极片的取向性发生了变化，取向值减小，使石墨的端面面朝上，应用于锂离子电池中，能加快锂离子在充放电过程中的脱嵌，改善锂离子电池的倍率性能及低温性能。
附图说明
图1为本发明实施例5的机理示意图；
图2为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片、对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片以及本发明实施例5所得极片的取向值；
图3为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片组装的电池、对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片组装的电池以及本发明实施例5所得极片组装的电池的倍率性能图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以挥发性有机溶剂为添加剂制备石墨负极浆料；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在集流体上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥。
本发明还提出的一种锂离子电池石墨负极极片，采用所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
实施例2
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以甲醇为添加剂制备石墨负极浆料；其中，甲醇的添加质量为石墨负极浆料质量的1％；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在铜箔上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥；其中，在吹风干燥的过程中，吹风的风向平行于预处理极片的表面；吹风干燥的时间为12h，吹风干燥的温度为60℃，吹风干燥的风速为6m/s。
本发明还提出的一种锂离子电池石墨负极极片，采用所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
实施例3
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以无水乙醇为添加剂制备石墨负极浆料；其中，无水乙醇的添加质量为石墨负极浆料质量的10％；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在铜箔上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥；其中，在吹风干燥的过程中，吹风的风向平行于预处理极片的表面；吹风干燥的时间为4h，吹风干燥的温度为100℃，吹风干燥的风速为30m/s。
本发明还提出的一种锂离子电池石墨负极极片，采用所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
实施例4
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以挥发性有机溶剂为添加剂制备石墨负极浆料；其中，挥发性有机溶剂的添加质量为石墨负极浆料质量的5％；所述挥发性有机溶剂为挥发性醇类溶剂；所述挥发性醇类溶剂为乙醇、甲醇按体积比为1：1的混合物；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在集流体上得到预处理极片；所述集流体为铜箔；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥；在吹风干燥的过程中，吹风的风向平行于预处理极片的表面；吹风干燥的时间为8h，吹风干燥的温度为80℃，吹风干燥的风速为20m/s。
本发明还提出的一种锂离子电池石墨负极极片，采用所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
实施例5
本发明提出的一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，包括以下步骤：
S1、以无水乙醇为添加剂制备石墨负极浆料，其中，无水乙醇的添加质量为石墨负极浆料质量的5％；其具体步骤包括：将导电炭黑(SP)放入90℃烘箱内干燥12h，研磨15min后再置于90℃烘箱内干燥得到导电炭黑粉；将活性物质石墨粉料置于90℃烘箱内干燥备用；将CMC胶液加入干净干燥的石墨负极专用合浆罐中，加入导电炭黑粉，然后置于合浆机中进行合浆，合浆的条件包括：在800rpm的转速下预混1.5min，然后在1950rpm的转速下混合10min，然后在800rpm的转速下消泡1.5min；将50％重量的活性物质石墨粉料加入合浆罐中，按上述合浆条件进行合浆，然后加入剩余的50％重量的活性物质石墨粉料，按上述合浆条件进行合浆，然后加入SBR溶液，设置合浆机的转速为1000rpm搅拌3min，再设置转速为800rpm消泡1.5min；加入无水乙醇，设置合浆机的转速为1000rpm搅拌1.5min，再设置转速为800rpm消泡1.5min得到石墨负极浆料；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在铜箔上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥4h得到吹风干燥后的石墨负极极片，其中，吹风的风向平行于预处理极片的表面，吹风干燥的温度为85℃，吹风干燥的风速为12m/s。
对比例1
未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片的制备方法，与实施例5的不同仅在于：在S1中未加添加剂无水乙醇合浆，且在S3中，对预处理极片进行烘干4h。
对比例2
添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片的制备方法，与实施例5的不同仅在于：在S3中，对S2中的预处理极片进行烘干4h。
图1为本发明实施例5的机理示意图；由图1可知，涂覆过石墨负极浆料的极片，通过平行于极片表面的横向的吹风进行干燥，水和无水乙醇蒸发，在两者共同作用下，集流体表面的浆料流体中的石墨颗粒的堆砌方式发生了变化，石墨颗粒由基面朝上的堆叠方式变为端面朝上，锂离子直接从端面嵌入和脱出，改善锂离子电池的倍率和低温性能。
图2为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片、对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片以及本发明实施例5所得极片的取向值；其中，图中的烘干对应的取向值为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片的取向值，无水乙醇+烘干对应的取向值为对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片的取向值，无水乙醇+吹风对应的取向值为本发明实施例5所得极片的取向值；其中，石墨极片的取向值是石墨XRD衍射的004峰的峰面积与XRD衍射的110峰的峰强的比值，石墨XRD衍射的004峰为石墨基面的本征峰，石墨XRD衍射的110峰为石墨端面的本征峰；由图2可知，比较三种条件下获得的极片的取向值，在合浆过程中加入无水乙醇并进行吹风干燥的极片的取向值最小，使得极片端面朝上的颗粒占比更多，在充放电过程中锂离子脱嵌速度更快，改善锂离子电池的倍率性能和低温性能。
图3为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片组装的电池、对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片组装的电池以及本发明实施例5所得极片组装的电池的倍率性能图；其中，图中烘干表示的曲线为对比例1中未加添加剂合浆并直接烘干的空白石墨负极极片组装的电池的倍率性能图，无水乙醇+烘干表示的曲线为对比例2中添加无水乙醇合浆并烘干的石墨负极极片组装的电池的倍率性能图，无水乙醇+吹风表示的曲线为本发明实施例5所得极片组装的电池的倍率性能图；由图3可知，三种条件下获得极片组装成全电池进行倍率性能测试，在合浆过程中加入无水乙醇并进行吹风干燥条件下获得电池的倍率性能最优，因此吹风与加入无水乙醇的方式能够改善锂离子电池的动力学性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以挥发性有机溶剂为添加剂制备石墨负极浆料；
S2、将制备得到的石墨负极浆料涂覆在集流体上得到预处理极片；
S3、对S2中的预处理极片进行吹风干燥。
2.根据权利要求1所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S1中，挥发性有机溶剂的添加质量为石墨负极浆料质量的1-10％。
3.根据权利要求1或2所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S1中，所述挥发性有机溶剂为挥发性醇类溶剂。
4.根据权利要求3所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，所述挥发性醇类溶剂为乙醇、甲醇中的一种或者两种的混合物。
5.根据权利要求4所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，所述挥发性醇类溶剂为无水乙醇。
6.根据权利要求1-5中任一项所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S2中，所述集流体为铜箔。
7.根据权利要求1-6中任一项所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S3中，在吹风干燥的过程中，吹风的风向平行于预处理极片的表面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S3中，吹风干燥的时间为4-12h，吹风干燥的温度为60-100℃。
9.根据权利要求1-8中任一项所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法，其特征在于，在S3中，吹风干燥的风速为6m/s-30m/s。
10.一种锂离子电池石墨负极极片，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述减小锂离子电池石墨负极极片取向值的方法制备得到。
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