CN110265648A - 一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法，所述的负极浆料包括由以下质量份数的各组分：负极活性物质95~105份、导电剂0.5~3份、分散剂0.5~2份、粘结剂1~2份、溶剂80~130份；其中负极活性物质为软碳包覆人造石墨，导电剂为导电炭黑、碳纳米管或碳纤维任意组合物，分散剂为羧甲基纤维素，粘结剂为丁苯橡胶或聚丙烯酸酯任意组合物，溶剂为去离子水。本发明采用特制的负极浆料制备的锂电池电芯，能够保证聚合物锂电池高能量密度达到640Wh/L‑680Wh/L下，降低倍充电过程中析锂问题，预充电倍率达到1.5C‑2.2C，锂电池电芯的倍率充电性能得到显著提高，锂电池的安全性能得到保障。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池生产技术领域，具体涉及一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法。
背景技术
聚合物锂离子电池由于其能量密度高、安全性高、形状厚度可定制等优点，目前广泛使用在手机、相机等数码类产品。随着数码类产品不同功能的应用刺激数码产品硬件的要求越来越高，刺激着数码产品硬件的飞速发展，但伴随着硬件的提升，其功耗也在提升，电池的发展跟不上硬件发展的脚步。目前市场主流电池产品充电倍率多在1C-1.3C，且能量密度较低。现有工艺通过使用更薄的箔材、极耳等能提升电芯能量密度，但会导致电芯大倍率充电极化过大，过早进入恒压阶段，导致电池电芯恒压段出现过流现象，且充电时间被延长，降低了电池电芯的安全性能，目前常用的锂电池负极采用的高压实石墨材料，虽可以提升电芯能量密度，但极易在大倍率充电过程中出现析锂，导致锂电池电芯安全隐患大大增加。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种软包聚合物锂电池的负极浆料及制备方法，优化。为此，本发明提供如下技术方案：
一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的负极浆料包括由以下质量份数的各组分：负极活性物质95~105 份、导电剂0.5~3 份、分散剂0.5~2 份、粘结剂1~2 份、溶剂80~130份。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：0.8 份：1 份：1.3 份：100 份。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：1.0 份：1 份：1.5 份：100 份。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述负极活性物质为软碳包覆处理后的人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管或碳纤维中任意1种或至少2种的混合物；
所述分散剂为羧甲基纤维素；
所述粘结剂为丁苯橡胶或聚丙烯酸酯中的任意1种或2种的混合物；
所述溶剂为去离子水。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的质量份数计量单位为1 g或1Kg或1 t。
一种如权利要求1所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料的制备方法，所述负极浆料各组分配置方法：
步骤1：将负极浆料配方量的负极活性物质置于搅拌锅内，进行搅拌；
步骤2：然后依次加入负极浆料配方量的溶剂、导电剂、分散剂和粘结剂，继续进行搅拌至分散均匀；
步骤3：将步骤2得到的混合物加入研磨机中进行研磨，制得所需负极浆料；
步骤4：将步骤3所得到的负极浆料采用涂布机涂覆于负极集流器上，制作形成负极极片，然后与正极极片通过隔膜卷绕、封装、注液、封口、预充程序制得成品软包聚合物锂电池；
优选的，步骤1所述的搅拌速度为1200~1400r/min；
优选的，步骤2所述的搅拌速度为1500~1800r/min；
优选的，步骤3所述的研磨之后的颗粒粒度为20~50μm，优选35μm。
本发明有益效果：
1、采用特制的负极浆料制备的软包聚合物锂电池，在倍充放电过程中，降低电池负极出现无析锂问题，从而大幅降低锂电池电芯快充时极化现象，提升锂电池充电效率，确保快速充电过程中锂电池的安全性能；
2、特制负极浆料制备的锂电池为提升锂电池能量密度成为可能，锂电池能量密度可提升至640Wh/L-680Wh/L；
3、采用特制负极浆料制备的锂电池充电倍率可提升至1.5C-2.2C，超越市场水准，锂电池充电效率明显增加。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，结合本发明典型但非限制实施例作进一步的详细说明。
实施例1，一种软包聚合物锂电池的负极浆料的制备方法，所述负极浆料各组分配置方法：
步骤1：将负极浆料配方量的负极活性物质置于搅拌锅内，进行搅拌；
步骤2：然后依次加入负极浆料配方量的溶剂、导电剂、分散剂和粘结剂，继续进行搅拌至分散均匀；
步骤3：将步骤2得到的混合物加入研磨机中进行研磨，制得所需负极浆料；
步骤4：将步骤3所得到的负极浆料采用涂布机涂覆于负极集流器上，制作形成负极极片；
优选的，步骤1所述的搅拌速度为1200~1400r/min；
优选的，步骤2所述的搅拌速度为1500~1800r/min；
优选的，步骤3所述的研磨之后的颗粒粒度为20~150μm，优选35μm。
实施例2，一种软包聚合物锂电池的负极浆料，将负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：0.8 份：1 份：1.3 份：100 份。
进一步的，所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述负极活性物质为软碳包覆人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑；
所述分散剂为羧甲基纤维素（CMC）；
所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）；
所述溶剂为去离子水。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的质量份数计量单位为1 g或1Kg或1 t。
进一步的，按照实施例1所述的负极浆料制备方法按照实施例2所述的负极浆料各组分配方量制得负极浆料并制得负极极片。
进一步的，采用常规配方制备正极极片，正极物料为钴酸锂、碳纳米管和聚偏氟乙烯，将正极物料和NMP溶剂分别加入搅拌锅中进行搅拌均匀，经过研磨后得到所需正极浆料并制得正极极片。
进一步，将制得正极极片和负极极片通过隔膜卷绕成卷芯，采用铝塑膜封装后，经烘烤、注液、封口、陈化、预充等工序制得软包聚合物锂电池作为试验组2。
进一步，选取采用相同生产工艺的常规锂电池5枚作为本发明的实施例2的对照组1，对照组1与实施例2中采用的负极石墨原料在粒径分布、真密度、振实密度、比表面积、克容量和首效等性能上基本相同，且保证负极极片压实密度相同，制成的电芯能量密度达660Wh/L。对照组1和实验组2锂电池电芯测试主要集中在倍率充电是否析锂、大倍率充放电和倍充循环的性能对比。
表1为对照组1与试验组2锂电池电芯性能检测结果
| 2C倍率放电 | 倍充是否析锂 | 2C/0.5C循环 | |
| 对照组1 | 95% | 是 | 470周@80% |
| 试验组2 | 96.2% | 否 | 500周@85% |
由表1可知，对照组1为常规锂电池电芯2C充电过程中存在析锂现象，2C倍率放电性能95%，2C/0.5C循环470周@80%，试验组为采用本发明负极浆料配方制备的软包聚合物锂电池对应电芯2C充电过程中无析锂现象，2C倍率放电性能96.2%，2C/0.5C循环500周@85%，对比可知，试验组2所述负极浆料配方制得的锂电池电芯在倍率充放电性能优于常规锂电池的负极浆料制得的锂电池电芯，且试验组2锂电池电芯在倍充过程中无析锂现象，锂电池电芯循环充放电性能和安全性能均得到提升。
实施例3，一种软包聚合物锂电池的负极浆料，将负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：1.0 份：1 份：1.5 份：100 份。
进一步的，所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述负极活性物质为软碳包覆人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑和碳纤维混合物；
所述分散剂为羧甲基纤维素（CMC）；
所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）；
所述溶剂为去离子水。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的质量份数计量单位为1 g或1Kg或1 t。
进一步的，按照实施例1所述的负极浆料制备方法按照实施例3所述的负极浆料各组分配方量制得负极浆料并制得负极极片。
进一步的，采用常规配方制备正极极片，正极物料为钴酸锂、碳纳米管和聚偏氟乙烯，将正极物料和NMP溶剂分别加入搅拌锅中进行搅拌均匀，经过研磨后得到所需正极浆料并制得正极极片。
进一步，将制得正极极片和负极极片通过隔膜卷绕成卷芯，采用铝塑膜封装后，经烘烤、注液、封口、陈化、预充等工序制得软包聚合物锂电池，本实施例3使用本发明所述负极浆料制备一款能量密度640Wh/L的聚合物锂离子电池，选取5枚作为试验组3，对其倍充放电性能、循环性能和低负荷放电性能进行检测，如表2所示。
实施例4，一种软包聚合物锂电池的负极浆料，将负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：2.0 份：1 份：1.5 份：100 份。
进一步的，所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述负极活性物质为软碳包覆人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑和碳纤维混合物；
所述分散剂为羧甲基纤维素（CMC）；
所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）；
所述溶剂为去离子水。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的质量份数计量单位为1 g或1Kg或1 t。
进一步的，按照实施例1所述的负极浆料制备方法按照实施例4所述的负极浆料各组分配方量制得负极浆料并制得负极极片。
进一步的，采用常规配方制备正极极片，正极物料为钴酸锂、碳纳米管和聚偏氟乙烯，将正极物料和NMP溶剂分别加入搅拌锅中进行搅拌均匀，经过研磨后得到所需正极浆料并制得正极极片。
进一步，将制得正极极片和负极极片通过隔膜卷绕成卷芯，在此过程中，正负极面密度增大3%，正负极耳宽度增加1mm，采用更薄的隔膜，然后采用铝塑膜封装后，经烘烤、注液、封口、陈化、预充等工序，该过程适当延长陈化时间，以保证存液量，最后制得软包聚合物锂电池，可增加锂电池电芯能量密度至680Wh/L，其他制程与实施例2保持相同，本实施例4同样使用本发明所述负极浆料配方制备聚合物锂离子电池，选取5枚作为试验组4，对其倍充放电性能、循环性能和低负荷放电性能进行检测，如表2所示。
实施例5，一种软包聚合物锂电池的负极浆料，将负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：1.0 份：1 份：1.3 份：100 份。
进一步的，所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述负极活性物质为软碳包覆人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑和碳纤维混合物；
所述分散剂为羧甲基纤维素（CMC）；
所述粘结剂为丁苯橡胶（SBR）；
所述溶剂为去离子水。
所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，所述的质量份数计量单位为1 g或1Kg或1 t。
进一步的，按照实施例1所述的负极浆料制备方法按照实施例5所述的负极浆料各组分配方量制得负极浆料并制得负极极片。
进一步的，采用常规配方制备正极极片，正极物料为钴酸锂、碳纳米管和聚偏氟乙烯，将正极物料和NMP溶剂分别加入搅拌锅中进行搅拌均匀，经过研磨后得到所需正极浆料并制得正极极片。
进一步，将制得正极极片和负极极片通过隔膜卷绕成卷芯，采用铝塑膜封装后，经烘烤、注液、封口、陈化、预充等工序制得软包聚合物锂电池，本实施例5使用本发明所述负极浆料制备一款能量密度658Wh/L的聚合物锂离子电池，选取5枚作为试验组5，对其倍充放电性能、循环性能和低负荷放电性能进行检测，如表2所示。
表2 不同配方比例下试验组各锂电池电芯性能检测结果
| 充电速度 | 2C/0.5C循环 | 1.5C/0.7C | |
| 试验组2 | 30min@86% | 500周@85% | |
| 试验组3 | 30min@85% | 500周@88% | - |
| 试验组4 | 30min@83% | 500周@86%0 | - |
| 试验组5 | 30min@85% | - | 180周@94.5% |
试验组2所述电池充电速度可达30min充电86%，2C/0.5C循环500周保持率85%；试验组3所述电池充电速度可达30min充电85%，2C/0.5C循环500周保持率88%；试验组4所述电池充电速度可达30min充电83%，2C/0.5C循环500周保持率86%；试验组5所述电池充电速度最快可达30min充电85%，1.5C/0.7C循环180周保持率94.5%；试验组2~5倍充过程中均能够保证不析锂，且安全测试通过率均达到100%。采用本发明负极浆料制备的锂电池电芯，能够保证在高的聚合物锂电池能量密度前提下，避免倍充电过程中析锂问题，从而提升聚合物锂离子电池的倍率充电性能。
以上说明的方式描述了本发明的优选实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。
Claims (6)
1.一种软包聚合物锂电池的负极浆料，其特征在于：所述的负极浆料包括由以下质量份数的各组分：负极活性物质95~105 份、导电剂0.5~3 份、分散剂0.5~2 份、粘结剂1~2份、溶剂80~130 份。
2.根据权利要求1所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，其特征在于：所述的负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：0.8 份：1 份：1.3份：100 份。
3.根据权利要求1所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，其特征在于：所述的负极浆料按质量比为：负极活性物质：导电剂：分散剂：粘结剂：溶剂=100 份：1.0 份：1 份：1.5份：100 份。
4.根据权利要求1~3之一所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，其特征在于：所述负极活性物质为软碳包覆处理后的人造石墨；
所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管或碳纤维中任意1种或至少2种的混合物；
所述分散剂为羧甲基纤维素；
所述粘结剂为丁苯橡胶或聚丙烯酸酯中的任意1种或2种的混合物；
所述溶剂为去离子水。
5.根据权利要求1~3之一所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料，其特征在于：所述的质量份数计量单位为1克或1千克或1吨。
6.一种如权利要求1~3之一所述的一种软包聚合物锂电池的负极浆料的制备方法，其特征在于：所述负极浆料各组分配置方法：
步骤1：将负极浆料配方量的负极活性物质置于搅拌锅内，进行搅拌；
步骤2：然后依次加入负极浆料配方量的溶剂、导电剂、分散剂和粘结剂，继续进行搅拌至分散均匀；
步骤3：将步骤2得到的混合物加入研磨机中进行研磨，制得所需负极浆料；
步骤4：将步骤3所得到的负极浆料采用涂布机涂覆于负极集流器上，制作形成负极极片，然后与正极极片通过隔膜卷绕、封装、注液、封口、预充程序制得成品软包聚合物锂电池；
优选的，步骤1所述的搅拌速度为1200~1400r/min；
优选的，步骤2所述的搅拌速度为1500~1800r/min；
优选的，步骤3所述的研磨之后的颗粒粒度为20~50μm，优选35μm。
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