CN113571673A - 一种负极厚极片及其制备方法，锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体是一种负极厚极片的制备方法，包括如下步骤：S1.将负极活性材料、炭黑导电剂和悬浮剂进行干混，再加入粘结剂、保液剂和溶剂，混合搅拌均匀，达到黏度2000～4000mPa·s，制成负极浆料；S2在铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度200μm以上的负极厚极片。本发明通过在负极配方中添加大量碳黑类导电剂和保液剂、悬浮剂，可以在电池充放电循环中存储和保住电解液，离子传输有介质，从而提升寿命。本发明通过对正极制备工艺方法的改进，提供了一种能量密度高、倍率性能优异，安全、成本低、寿命长的锂离子电池。

Description

一种负极厚极片及其制备方法，锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种负极厚极片及其制备方法，锂离子电池。
背景技术
在能源危机和环境污染问题的压力下，安全、环保、节能已成为当今汽车发展的主题，新能源汽车因其节能、环保无污染的优势，受到交通、能源部门的高度重视和大力扶持。而动力电池作为新能源汽车的关键，在其中起着非常重要的作用。其中动力电池作为电动汽车的动力来源，是电动汽车的关键部件。近年来动力电池价格昂贵，续航里程短，一直是行业发展的制约点，为此需要降低成本及提升能量密度。
提升能量密度、快充性能、安全性能及降低成本是锂离子电池行业的目标，增加极片活性物质载量，重量占比较高的正负极集流体及隔膜用量降低，不但能提升能量密度，还能达到降低成本的目的；但厚极片也带来了一系列问题，电池极化大，电池极片较厚，锂离子和电子扩散的路径增加，极片厚度方向内外极化的不均一性加剧；若极片压实密度做大，孔隙率更低，极片厚度方向锂离子运动的路径更长；另外，材料与电解液之间接触面积减小，电解液浸润困难，电极的反应场所减少，电池内阻也会增大，进而导致电池温升高，倍率性能、循环性能变差等问题。
现有专利CN109148820A中公开了一种厚极片的制备方法及其高能量密度软包锂离子电池，描述了厚极片制备方法及配方，但存在电解液浸润困难、电池极化大等问题；另一件现有专利CN107093701A中公开了一种具有优异电化学性能的厚电极制备方法及锂离子电池，描述了电极厚度大于300μm的制备方法，但也仍没有解决高压实下厚电极的极化大、电解液浸润困难等问题。此外，现有技术还存在如下缺点：(1)加入表面活性剂、多孔活性物等物质使得成本高；(2)厚电极难以做到高压实，低压实下进一步提高不了能量密度；(3)厚电极的极化大、电解液浸润困难，电化学性能差；(4)难以实现大规模加工量产。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种负极厚极片，使锂离子电池具有优异的高温循环及常温循环性能、高能量密度、高安全性，长寿命、低成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种负极厚极片的制备方法，包括如下步骤：
S1.将负极活性材料、炭黑导电剂和悬浮剂进行干混，再加入粘结剂、保液剂和溶剂，混合搅拌均匀，达到黏度2000～4000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度200μm以上的负极厚极片。
优选地，所述保液剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯中的一种。
优选地，所述负极活性材料为无定型炭包覆石墨，所述炭黑导电剂选自乙炔黑、科琴黑、350G、VGCF中的一种，所述粘结剂为PAA类。
优选地，所述负极活性材料、炭黑导电剂、悬浮剂、粘结剂和保液剂的重量百分比为95～96∶1～3∶0.4～0.8∶1.6～1.8∶0.1～0.3。
优选地，所述负极活性材料、科琴黑、悬浮剂、粘结剂和保液剂的重量百分比为95.5∶2∶0.6∶1.7∶0.2。
优选地，所述悬浮剂为丙烯酸共聚物乳液，所述溶剂为去离子水。
基于一个总的发明构思，本发明另一个目的在于保护通过上述制备方法制备得到的负极厚极片以及包含采用此负极厚极片作为负极片的锂离子电池，所述锂离子电池还包括正极片、隔膜和电解液，所述正极片可采用现有技术，例如在集流体表面涂覆磷酸铁锂浆料形成正极片，选用Celgard 2400膜为隔膜；按照现有技术组装成电芯，制得锂离子电池。
本发明通过在负极配方中添加大量碳黑类导电剂和保液剂、悬浮剂，可以在电池充放电循环中存储和保住电解液，离子传输有介质，从而提升寿命。本发明通过对正极制备工艺方法的改进，提供了一种能量密度高、倍率性能优异，安全、成本低、寿命长的锂离子电池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95.5g无定型炭包覆石墨、2g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入1.7gPAA粘结剂、0.2g聚乙烯吡咯烷酮和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
实施例2
本实施例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将96g无定型炭包覆石墨、1.8g乙炔黑和0.4g悬浮剂进行干混，再加入1.6gPAA粘结剂、0.2g聚氧化乙烯和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3500mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
实施例3
本实施例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95g无定型炭包覆石墨、2.7g 350G和0.4g悬浮剂进行干混，再加入1.6g PAA粘结剂、0.3g聚丙烯酸酯和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度2500mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
比较例1
本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将96.2g无定型炭包覆石墨、0.5g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入2.5g PAA粘结剂、0.2g聚乙烯吡咯烷酮和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
比较例2
本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95.5g无定型炭包覆石墨、2g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入1.9gPAA粘结剂和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
比较例3
本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95.8g无定型炭包覆石墨、2g科琴黑ECP进行干混，再加入2.0g PAA粘结剂、0.2g聚乙烯吡咯烷酮和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
比较例4
本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95.5g无定型炭包覆石墨、2g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入1.7gPAA、0.2g聚乙烯吡咯烷酮和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
比较例5
本比较例的负极厚极片的制备方法，采用以下步骤：
S1.将95.5g无定型炭包覆石墨、2g科琴黑ECP和0.6g悬浮剂进行干混，再加入1.7gCMC、0.2g聚丙烯腈和去离子水，混合搅拌均匀，达到黏度3000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在6μm铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度350μm的负极厚极片。
本实施例的锂离子电池，采用本实施例的负极片，所述正极片采用现有技术，在12μm铝箔的表面涂覆磷酸铁锂浆料，经辊压、模切形成正极片，所述磷酸铁锂浆料由磷酸铁锂、科琴黑、单壁碳纳米管和粘结剂PVDF按照98∶0.5∶1∶1的比例与溶剂NMP混匀制成；选用Celgard 2400膜为隔膜，将正极片、负极片经辊压、激光切，然后与隔膜经卷绕、组装、烘烤、注液、化成、抽气成型得到15Ah软包厚电极锂离子电池.
扣式电池：负极使用上述实施例的负极片，配对电极为Li片，在手套箱内将负极、隔膜、Li片、电解液与电池壳组装成扣式电池(CR2032)。
试验例1
对实施例1～3和比较例1～2制备的锂离子电池性能进行检测，检测方法如下表1所示。其中，测试放电比容量采用扣式电池，其它的检测项目采用软包装锂离子电池。性能测试结果下表2所示。
表1性能检测方法
Figure BDA0003188625280000071
表2性能测试结果
Figure BDA0003188625280000072
Figure BDA0003188625280000081
注：上表中过充、针刺、热箱的测试结果中，“1/3”表示测试了3支电池，1支通过了测试，其他类推。
从上表2可以看出，采用本发明制备的厚极片作为负极片制成的锂离子电池具有优越的综合性能，其放电比容量和质量能量密度均有较大的提高，平均电压和循环寿命更优，安全性能更好。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将负极活性材料、炭黑导电剂和悬浮剂进行干混，再加入粘结剂、保液剂和溶剂，混合搅拌均匀，达到黏度2000～4000mPa·s，制成负极浆料；
S2通过涂布机在铜箔上涂覆所述负极浆料，烘干，得到厚度200μm以上的负极厚极片。
2.根据权利要求1所述的一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，所述保液剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，所述负极活性材料为无定型炭包覆石墨，所述炭黑导电剂选自乙炔黑、科琴黑、350G、VGCF中的一种，所述粘结剂为PAA类。
4.根据权利要求3所述的一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，所述负极活性材料、炭黑导电剂、悬浮剂、粘结剂和保液剂的重量百分比为95～96∶1～3∶0.4～0.8∶1.6～1.8∶0.1～0.3。
5.根据权利要求4所述的一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，所述负极活性材料、科琴黑、悬浮剂、粘结剂和保液剂的重量百分比为95.5∶2∶0.6∶1.7∶0.2。
6.根据权利要求1所述的一种负极厚极片的制备方法，其特征在于，所述悬浮剂为丙烯酸共聚物乳液，所述溶剂为去离子水。
7.一种通过权利要求1～6中任意一项所述制备方法制备得到的负极厚极片。
8.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述负极片采用权利要求7所述的负极厚极片。
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