CN114039023A - 提高高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用。制备方法包括步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；步骤2：在负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；涂层A的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂；涂层B的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂。本发明分别在负极集流体长涂膏面和负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再涂覆涂层A，调整涂层A和B中硅碳负极的克容量以及人造石墨的OI值之间的关系，减少了高电压钴酸锂在循环过程中的析锂现象，提高了容量保持率。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用。
背景技术
随着电子设备的快速发展以及能源环境问题的日益突出，锂离子电池因其具有电压高、重量轻、比能量大、充放电寿命长、安全环保、体积小等优点，已成为便携式电源和动力电池的首选。但随着用电设备的多功能化和小型化发展，人们对锂离子电池的能量密度要求也越来越高，常规电压4.2V的锂离子电池已不能满足日益提高的体积容量密度的要求。
目前国内外手机和其他数码类电子产品电池的生产厂家都在朝着高电压锂离子电池这个方向前进。高电压及高能量密度的锂离子电池在高端手机及便携式电子设备上会有更大的市场空间。正极材料和电解液是提高锂离子电池高电压的关键性材料，钴酸锂(LiCoO2)由于具有很高的材料密度和电极压实密度，因此钴酸锂正极的锂离子电池具有最高的体积能量密度，钴酸锂已成为消费电子市场应用最广泛的正极材料。现有的锂离子电池的充放电区间一般在3.0～4.2V之间，已不能满足日益提高的体积容量密度的要求。有研究表明，提升锂离子电池的工作电压可以增大电池能量密度，如将工作电压4.2V提升至4.4V、4.5V，其电池的容量可以提升18％左右。但是随着工作电压的提高，高电压钴酸锂材料在循环过程中极化较大，极易出现析锂现象以及容量衰减问题，循环寿命短，限制了其实际应用。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片及制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
第一方面，本发明提供提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
步骤2：在负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂；所述涂层B的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂。
优选的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层A的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％。
优选的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层A的厚度为30～60μm。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的厚度为30～60μm。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层A的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层A的浆料中人造石墨克容量为350mAh/g～356mAh/g。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中人造石墨克容量为351.5mAh/g～360mAh/g。
优选的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中人造石墨克容量与涂层A的浆料中人造石墨克容量的关系为1.5mAh/g≤B-A≤4.0mAh/g。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层A的浆料中人造石墨的OI值为1.0～2.0。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中人造石墨的OI值为1.5～5.0。
优选的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，涂层B的浆料中人造石墨的OI值与涂层A的浆料中人造石墨的OI值的关系为0.5≤B-A≤3.0。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、导电人造石墨、石墨烯中的一种或多种。
进一步的，在上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法中，所述粘结剂包括聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶或其改性物中的一种或多种，所述改性物具有粘结效果。
第二方面，本发明提供一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片，采用上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法制备获得。
第三方面，本发明提供一种高电压锂电池，将上述负极极片进行辊压、分切、制片，将制片后的负极极片与正极极片进行卷绕得到卷芯，所述正极极片包含高电压钴酸锂的正极活性材料；对卷芯进行封装得到干电芯，干电芯烘烤后进行注液、化成、二封、分选后即得。
本发明的有益效果为：本发明分别在负极集流体长涂膏面和负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再涂覆涂层A，通过控制涂层A和B中硅碳负极的克容量以及人造石墨的OI值之间的关系，改善了高电压钴酸锂在集流体长涂膏面的过电势分布和正负极长涂膏面间的扩散阻抗，从而降低高电压钴酸锂在循环过程中的极化，减少了高电压钴酸锂在循环过程中的析锂现象并提高了容量保持率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
步骤2：在负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂；所述涂层B的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％的人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂。
优选的，涂层A的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％；涂层B的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％。
进一步的，涂层A的厚度为30～60μm；涂层B的厚度为30～60μm。
进一步的，涂层A的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g；涂层B的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g。
进一步的，涂层A的浆料中人造石墨克容量为350mAh/g～356mAh/g；涂层B的浆料中人造石墨克容量为351.5mAh/g～360mAh/g。涂层B的浆料中人造石墨克容量与涂层A的浆料中人造石墨克容量的关系为1.5mAh/g≤B-A≤4.0mAh/g。
进一步的，涂层A的浆料中人造石墨的OI值为1.0～2.0；涂层B的浆料中人造石墨的OI值为1.5～5.0。涂层B的浆料中人造石墨的OI值与涂层A的浆料中人造石墨的OI值的关系为0.5≤B-A≤3.0。
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片，采用上述提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法制备获得。
一种高电压锂电池，将上述负极极片进行辊压、分切、制片，将制片后的负极极片与正极极片进行卷绕得到卷芯，所述正极极片包含高电压钴酸锂的正极活性材料；对卷芯进行封装得到干电芯，干电芯烘烤后进行注液、化成、二封、分选后即得。
实施例1
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
步骤2：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括96％的硅碳负极、0.5％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)、2.5％粘结剂(1.2％羧甲基纤维素钠+1.3％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为350mAh/g，OI值为1.0；
所述涂层B的浆料按质量百分比包括96％的硅碳负极、0.5％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)和2.5％粘结剂(1.2％羧甲基纤维素钠+1.3％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为351.5mAh/g，OI值为1.5。
实施例2
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
步骤2：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括96.5％的硅碳负极、0.5％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)、2.0％粘结剂(0.9％羧甲基纤维素钠+1.1％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为356mAh/g，OI值为1.5；
所述涂层B的浆料按质量百分比包括96.5％的硅碳负极、0.5％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)和2.0％粘结剂(0.9％羧甲基纤维素钠+1.1％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为360mAh/g，OI值为3.0。
实施例3
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um，再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
步骤2：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括77.5％的硅碳负极、20％人造石墨、1％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)、1.5％粘结剂(0.7％羧甲基纤维素钠+0.8％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为350mAh/g，OI值为1.0；
所述涂层B的浆料按质量百分比包括77.5％的硅碳负极、20％人造石墨、1％导电剂(0.7％羧甲基纤维素钠+0.8％聚丙烯酸)、1.5％粘结剂(0.7％羧甲基纤维素钠+0.8％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为353mAh/g，OI值为1.7。
实施例4
一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
步骤2：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，涂层B的厚度为30um；再在涂层B上涂覆涂层A，涂层A的厚度为30um；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括77.5％的硅碳负极、20％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)、1.5％粘结剂(0.7％羧甲基纤维素钠+0.8％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为350mAh/g，OI值为1.0；
所述涂层B的浆料按质量百分比包括77.5％的硅碳负极、20％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)、1.5％粘结剂(0.7％羧甲基纤维素钠+0.8％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为360mAh/g，OI值为3.0。
对比例1
分别在负极集流体长短涂膏面均涂覆涂层B，并分别形成厚度为60um的活性涂层，所述涂层B的浆料按质量百分比包括96.5％的硅碳负极、0.5％人造石墨、1.0％导电剂(0.1％碳纳米管+0.9％导电炭黑)和2.0％粘结剂(0.9％羧甲基纤维素钠+1.1％聚丙烯酸)；其中硅碳负极克容量为380mAh/g，人造石墨的克容量为360mAh/g，OI值为3.0。
测试数据
分别将实施例1～4制备的负极极片进行辊压、分切、制片，将制片后的负极极片与正极极片进行卷绕得到卷芯，所述正极极片包含高电压钴酸锂的正极活性材料；对卷芯进行封装得到干电芯，干电芯烘烤后进行注液、化成、二封、分选，得到不同的高电压锂电池。对分别得到的高电压锂电池进行循环测试，具体测试数据参见如下表1：
表1
由表1可知，相对于对比例1的负极集流体长短涂膏面均涂覆涂层B制备得到的负极极片制备的高电压锂电池，实施例1～4采用在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；在负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A的方式，并调整涂层A和涂层B中硅碳负极的克容量、人造石墨的OI值和克容量后得到的负极极片制备得到的高电压锂电池的循环性能和容量保持率更好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在负极集流体长涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
步骤2：在负极集流体短涂膏面先涂覆涂层B，再在涂层B上涂覆涂层A；
所述涂层A的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂；所述涂层B的浆料按质量百分比包括77.2％～97.01％的硅碳负极、0.48％～19.5％人造石墨、0.5％～1.0％导电剂、1.5％～3.0％粘结剂。
2.根据权利要求1所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，涂层A的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％；涂层B的浆料中硅碳负极与人造石墨的质量百分比之和为96.5％～97.5％。
3.根据权利要求1所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，涂层A的厚度为30～60μm；涂层B的厚度为30～60μm。
4.根据权利要求1所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，涂层A的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g；涂层B的浆料中硅碳负极克容量为380mAh/g～600mAh/g。
5.根据权利要求1所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，涂层A的浆料中人造石墨克容量为350mAh/g～356mAh/g；涂层B的浆料中人造石墨克容量为351.5mAh/g～360mAh/g。
6.根据权利要求5所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，其特征在于，涂层B的浆料中人造石墨克容量与涂层A的浆料中人造石墨克容量的关系为1.5mAh/g≤B-A≤4.0mAh/g。
7.根据权利要求1所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，涂层A的浆料中人造石墨的OI值为1.0～2.0；涂层B的浆料中人造石墨的OI值为1.5～5.0。
8.根据权利要求7所述的一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片的制备方法，涂层B的浆料中人造石墨的OI值与涂层A的浆料中人造石墨的OI值的关系为0.5≤B-A≤3.0。
9.一种提高高电压锂电池循环性能的负极极片，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备获得。
10.一种高电压锂电池，其特征在于，将权利要求9所述的提高高电压锂电池循环性能的负极极片进行辊压、分切、制片，将制片后的负极极片与正极极片进行卷绕得到卷芯，所述正极极片包含高电压钴酸锂的正极活性材料；对卷芯进行封装得到干电芯，干电芯烘烤后进行注液、化成、二封、分选后即得。
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