CN112234192A - 一种锂离子电池负极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池负极的制备方法，所述负极的活性材料为两种粒径的石墨的混合物，其中第一石墨的粒径D50为3.2‑3.5微米，第二石墨的粒径D50为1.8‑2.2微米，所述方法包括，将第一石墨和第二石墨混合，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为a，第二石墨占石墨混合物的百分含量为1‑a，球磨预定时间；向溶剂中加入粘结剂，混合均匀，得到胶液，向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀，然后加入导电剂，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1‑a))*k，其中k＝0.68。将所述浆料涂覆在集流体上，热压得到所述负极。由本发明的方法得到的负极，浆料稳定性高，负极掉粉情况大大降低，并且循环性高。

Description

一种锂离子电池负极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极的制备方法。
背景技术
锂离子电池被认为是满足便携式电子器件、电动及混合动力汽车日益增加的能源需求的新型电源。锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。锂离子电池的负极可以选自可嵌入和脱嵌锂离子的金属氧化物，金属合金，碳材料，硅材料等，其中，石墨材料作为来源广泛，加工性能优良，是负极材料的首选材料。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池负极的制备方法，所述负极的活性材料为两种粒径的石墨的混合物，其中第一石墨的粒径D50为3.2-3.5微米，第二石墨的粒径D50为1.8-2.2微米，所述方法包括，将第一石墨和第二石墨混合，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为a，第二石墨占石墨混合物的百分含量为1-a，球磨预定时间；向溶剂中加入粘结剂，混合均匀，得到胶液，向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀，然后加入导电剂，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68。将所述浆料涂覆在集流体上，干燥，热压得到所述负极。由本发明的方法得到的负极，浆料稳定性高，负极掉粉情况大大降低，并且循环性高。
具体的方案如下：
一种锂离子电池负极的制备方法，所述负极的活性材料为两种粒径的石墨的混合物，其中第一石墨的粒径D50为3.2-3.5微米，第二石墨的粒径D50为1.8-2.2微米，其特征在于，当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68，所述方法包括：
1)将第一石墨和第二石墨混合，球磨预定时间得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为a，第二石墨占石墨混合物的百分含量为1-a；
2)向溶剂中加入粘结剂，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68；
4)加入导电剂，搅拌均匀得到浆料；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，干燥，热压得到所述负极。
进一步的，所述步骤4中，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3-4份。
进一步的，第一石墨的粒径D90为4.3-4.4微米，D10为2.2-2.4微米。
进一步的，第二石墨的粒径D90为2.9-3.1微米，D10为1.1-1.2微米。
进一步的，其中a＝64％-66％。
进一步的，所述溶剂为去离子水，所述粘结剂为SBR。
进一步的，所述导电剂选自导电碳黑，碳纳米纤维，碳纳米管，有机导电聚合物，以及导电金属纳米颗粒。
进一步的，所述浆料的涂覆厚度为65-85微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压。
本发明具有如下有益效果：
1)、石墨性能稳定，成本低廉，作为负极活性材料的加工性能良好，石墨作为首选材料；两种特定粒径范围的石墨材料以特定的质量比例混合，能够获得极高倍率性能以及极好的高倍率稳定性；
2)、发明人通过无数次的实验发现，粘结剂的含量与本发明的石墨材料的质量组成具有密切的关系，当两种石墨的粒径D50和含量处于特定范围，且当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数满足以下关系式，即2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68时，得到的负极材料在高倍率下的稳定性得到极大的提高。
3)、本发明的方法工艺简单，适合大规模的生产需要。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
实施例1
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.2微米，D90为4.3微米，D10为2.2微米；第二石墨的粒径D50为1.8微米，D90为2.9微米，D10为1.1微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为64％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为36％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(3.2*0.64+1.8*0.36)*0.68＝4.3份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为65微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
实施例2
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.5微米，D90为4.4微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.2微米，D90为3.1微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为66％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为34％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(3.5*0.66+2.2*0.34)*0.68＝4.6份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为4份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为85微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
实施例3
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.4微米，D90为4.3微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.0微米，D90为2.9微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为65％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为35％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(3.4*0.65+2*0.35)*0.68＝4.5份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3.5份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为75微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
对比例1
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.4微米，D90为4.3微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.0微米，D90为2.9微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为65％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为35％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝4份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3.5份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为75微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
对比例2
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.4微米，D90为4.3微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.0微米，D90为2.9微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为65％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为35％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝5份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3.5份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为75微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
对比例3
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.4微米，D90为4.3微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.0微米，D90为2.9微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为50％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为50％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝4.3份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3.5份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为75微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
对比例4
1)将第一石墨和第二石墨混合，第一石墨的粒径D50为3.0微米，D90为4.3微米，D10为2.4微米；第二石墨的粒径D50为2.4微米，D90为2.9微米，D10为1.2微米；球磨2h混合得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为65％，第二石墨占石墨混合物的百分含量为35％；
2)向去离子水中加入SBR，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝4.4份；
4)加入导电碳黑，搅拌均匀得到浆料，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3.5份；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，所述浆料的涂覆厚度为75微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压得到所述负极。
测试及结果
测试实施例1-3和对比例1-4的电池，调整负极浆料的固含量为55％，将负极浆料放置20h，测量浆料顶部以下5cm处的固含量，用以衡量浆料的稳定性；以及将负极和锂片组成实验电池，2C倍率充放电循环500次，测量容量保持率，结果见表1。粘结剂的含量与本发明的石墨材料的质量组成具有密切的关系，当两种石墨的粒径D50和含量处于特定范围，第一石墨的粒径D50为3.2-3.5微米，第二石墨的粒径D50为1.8-2.2微米，且第一石墨的含量为64％-66％，当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数满足以下关系式，即2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68时，得到的负极材料在高倍率下的稳定性得到极大的提高。
表1
浆料固含量％ 循环容量保持率(％)
实施例1 51 98.3
实施例2 50 98.5
实施例3 52 98.6
对比例1 48 96.3
对比例2 47 95.9
对比例3 46 94.2
对比例4 47 94.6
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锂离子电池负极的制备方法，所述负极的活性材料为两种粒径的石墨的混合物，第一石墨的粒径D50为3.2-3.5微米，第二石墨的粒径D50为1.8-2.2微米，其特征在于，当石墨混合物的质量为100份时，负极中粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68，所述方法包括：
1)将第一石墨和第二石墨混合，球磨预定时间得到石墨混合物，其中第一石墨占石墨混合物的百分含量为a，第二石墨占石墨混合物的百分含量为1-a；
2)向溶剂中加入粘结剂，混合均匀，得到胶液；
3)向胶液中加入石墨混合物，搅拌均匀；其中当石墨混合物的质量为100份时，粘结剂的质量份数＝2.5+(第一石墨粒径D50*a+第二石墨粒径D50*(1-a))*k，其中k＝0.68；
4)加入导电剂，搅拌均匀得到浆料；
5)将所述浆料涂覆在集流体上，干燥，热压得到所述负极。
2.如上述权利要求所述的方法，所述步骤4中，当石墨混合物的质量为100份时，所述导电剂的质量份数为3-4份。
3.如上述权利要求所述的方法，第一石墨的粒径D90为4.3-4.4微米，D10为2.2-2.4微米。
4.如上述权利要求所述的方法，第二石墨的粒径D90为2.9-3.1微米，D10为1.1-1.2微米。
5.如上述权利要求所述的方法，其中a＝64％-66％。
6.如上述权利要求所述的方法，所述溶剂为去离子水，所述粘结剂为SBR。
7.如上述权利要求所述的方法，所述导电剂选自导电碳黑，碳纳米纤维，碳纳米管，有机导电聚合物，以及导电金属纳米颗粒。
8.如上述权利要求所述的方法，所述浆料的涂覆厚度为65-85微米，120摄氏度热风干燥，120摄氏度0.2MPa热压。
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