CN114497461A - 一种负极极片及其制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种负极极片及其制备与应用。本发明的负极极片制备时先将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；然后将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片。本发明制备得到的负极极片用于制备锂电池；当负极活性物质的拉曼值I(D)/I(G)＝0.02‑0.70、比表面积为0.5‑1.9m2/g、石墨化度为90‑97％，制备得到的负极极片压实密度为1.2‑1.8g/cm3时，锂电池的能量密度、快充性能、循环寿命和安全性最好。

Description

一种负极极片及其制备与应用
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种负极极片及其制备与应用。
背景技术
石墨负极石墨化程度越高，石墨层间距越小，电极的能量密度越高，但是锂离子嵌入石墨层的速率变小。石墨颗粒取向性性对锂离子嵌入石墨层的速度有影响，但是主要的影响嵌入速度的是石墨表面的结构。当石墨比表面越大或者表面非晶质越多，锂离子嵌入通道越多，则锂离子嵌入速度越快。但是过大的比表面积和非晶质碳一方面会降低电极的压实密度，另一方面会增加表面副反应，导致锂电池的能量密度降低，使得电池高温循环寿命和高温存储性能降低。石墨电极的压实密度越高，电池的能量密度越高，但是压实密度对电解液吸收电解液的特性也有影响，压实密度越高吸液性越差，而保证电解液吸收充分，才能实现电极的快充性能。
现有专利CN108807847A和CN108709825A关注了负极材料内部OI值、材料粒度和压实密度对锂电池快充性能的影响。专利CN106486653A和专利 CN104332630A关注了石墨负极表面包覆对锂电池性能的影响；专利CN108807847 和CN108709825A关注了负极极片材料内部物质结构对充电速度的影响，但没有考虑材料表面特性对负极极片电性能的影响。
综上所述，现有技术并没有对各个因素的综合作用进行研究，因此对负极极片的几个因素进行综合探究从而提升负极极片的整体性能具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种负极极片及其制备与应用。在锂电池快速充电过程中，由于充电电流速度超过锂离子嵌入石墨层的速度，导致锂离子在石墨负极表面发生还原沉积，形成锂金属枝晶，使得锂电池安全性变差。负极表面石墨的晶态结构影响锂离子嵌入石墨层的速度，当石墨表面的无定型碳含量增加时，锂离子嵌入速度变快，减缓锂枝晶的生长，但同时会减小负极极片的压实密度，增加锂电池高温副反应。本方案通过综合负极活性物质比表面积、拉曼值、石墨化度、压实密度对电池性能的影响，并给出了电极设计个因数的最佳参数范围；当负极活性物质比表面积为0.5-1.9m2/g、代表负极无定型碳与晶质碳量比例的拉曼光谱指标 I(D)/I(G)＝0.02-0.70、石墨化度为90-97％，制备得到的负极极片压实密度为 1.2-1.8g/cm3时，锂电池的能量密度最大、快充性能最好、循环寿命最高且安全性最好。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片；
所述负极活性物质为石墨或石墨与其他活性物质的混合物；所述负极活性物质的比表面积为0.5-1.9m2/g，石墨化度为90-97％，拉曼值I(D)/I(G)＝0.02-0.70。
在本发明的一个实施方式中，其它活性物质选自硅负极材料、软硬碳负极材料或钛酸锂负极材料中的一种或几种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述增稠剂为CMC；所述粘结剂为SBR，所述溶剂为去离子水。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，负极活性物质、增稠剂、粘结剂的质量比为97.5：1.5：1.0。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，干燥过程中，先室温晾干然后升温烘干。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，后处理过程包括冷压、分切、裁片。
本发明的第二个目的是提供一种通过上述方法制备得到的负极极片，所述负极极片的压实密度为1.2-1.8g/cm3。
本发明的第三个目的是提供一种上述负极极片的应用，所述负极极片用于制备锂电池。
在本发明的一个实施方式中，负极极片用于制备锂电池包括以下步骤：
(1)将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，卷绕后得到裸电芯；
(2)将步骤(1)得到的裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，后处理得到锂电池。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述后处理为真空封装、静置、化成、整形。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对负极极片的负极活性物质的石墨化度、比表面积、拉曼值和负极极片压实密度进行综合设计，制备得到的锂电池在能量密度、循环寿命、快速充电特性和安全性的电池特性上具有较高水平。
具体实施方式
本发明提供一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片；
所述负极活性物质为石墨或石墨与其他活性物质的混合物；所述负极活性物质的比表面积为0.5-1.9m2/g，石墨化度为90-97％，拉曼值I(D)/I(G)＝0.02-0.70。
在本发明的一个实施方式中，其它活性物质选自硅负极材料、软硬碳负极材料或钛酸锂负极材料中的一种或几种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述增稠剂为CMC；所述粘结剂为SBR，所述溶剂为去离子水。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，负极活性物质、增稠剂、粘结剂的质量比为97.5：1.5：1.0。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，干燥过程中，先室温晾干然后升温烘干。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，后处理过程包括冷压、分切、裁片。
本发明提供一种通过上述方法制备得到的负极极片，所述负极极片的压实密度为1.2-1.8g/cm3。
本发明提供一种上述负极极片的应用，所述负极极片用于制备锂电池。
在本发明的一个实施方式中，负极极片用于制备锂电池包括以下步骤：
(1)将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，卷绕后得到裸电芯；
(2)将步骤(1)得到的裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，后处理得到锂电池。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述后处理为真空封装、静置、化成、整形。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1-10
正极极片的制备：将正极活性物质LFP(磷酸铁锂)、导电剂乙炔黑、CNT(碳纳米管)、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按质量比97：0.5：0.5：2进行混合，加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在正极集流体铝箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到正极极片。
负极极片的制备：将负极活性物质石墨或石墨与硅负极材料、软硬碳负极材料和钛酸锂负极材料按不同质量比(表1)得到的混合物、增稠剂CMC、粘结剂SBR 按质量比97.5：1.5：1.0进行混合，加入溶剂去离子水(占负极浆料重量50％)，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在负极集流体铜箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，烘箱温度为70℃，烘干时间为20分钟；然后经过冷压、分切、裁片得到负极极片。
电解液的制备：将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照按体积比1：1： 1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度1.05mol/L的电解液。
隔离膜的制备：利用聚丙烯膜作为隔离膜。
锂电池的制备：将上述正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，获得锂电池。接下来说明锂电池的性能测试。
对比例1-3
对比例1-3与实施例1-10制备步骤相同，仅负极活性物质的石墨化度、比表面积及拉曼值不同，具体见表1。
(1)动力学性能测试：在25℃下，将实施例和对比例制备得到的锂电池2C满充，1.0C满放重复20次后，记录最后一次放电容量并与首次放电相对比，计算容量保持率；结果如表1所示。
(2)循环性能测试：在25℃下，将实施例制备得到的锂电池以1.5C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，直至锂电池的容量衰减至初始容量的80％，记录循环次数；结果如表1所示。
表1负极材料特性对电池性能的影响
Figure BDA0003398943020000051
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；
(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片；
所述负极活性物质为石墨或石墨与其他活性物质的混合物；所述负极活性物质的比表面积为0.5-1.9m2/g，石墨化度为90-97％，拉曼值I(D)/I(G)＝0.02-0.70。
2.根据权利要求1所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，其它活性物质选自硅负极材料、软硬碳负极材料或钛酸锂负极材料中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述增稠剂为CMC；所述粘结剂为SBR，所述溶剂为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，负极活性物质、增稠剂、粘结剂的质量比为97.5：1.5：1.0。
5.根据权利要求1所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥过程中，先室温晾干然后升温烘干。
6.根据权利要求1所述的一种负极极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，后处理过程包括冷压、分切、裁片。
7.一种通过权利要求1-6任一所述方法制备得到的负极极片，其特征在于，所述负极极片的压实密度为1.2-1.8g/cm3。
8.一种如权利要求7所述的负极极片的应用，其特征在于，所述负极极片用于制备锂电池。
9.根据权利要求8所述的一种负极极片的应用，其特征在于，负极极片用于制备锂电池包括以下步骤：
(1)将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，卷绕后得到裸电芯；
(2)将步骤(1)得到的裸电芯置于外包装壳中，干燥后注入电解液，后处理得到锂电池。
10.根据权利要求9所述的一种负极极片的应用，其特征在于，步骤(2)中，所述后处理为真空封装、静置、化成、整形。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102341346A (zh) * 2009-03-02 2012-02-01 昭和电工株式会社 复合石墨粒子和使用该复合石墨粒子的锂二次电池
JP2016186912A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 三菱化学株式会社 非水系二次電池用複合炭素材、及び、非水系二次電池
JP2016186913A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 三菱化学株式会社 炭素材、及び、非水系二次電池
CN109417195A (zh) * 2016-12-26 2019-03-01 昭和电工株式会社 全固体锂离子电池
CN109560251A (zh) * 2018-11-09 2019-04-02 上海力信能源科技有限责任公司 一种锂离子电池负极极片及其制备方法、锂离子电池
US20200006750A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Lithium-ion battery
CN110870115A (zh) * 2017-11-28 2020-03-06 株式会社Lg化学 负极活性材料、包含其的负极和锂二次电池

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102341346A (zh) * 2009-03-02 2012-02-01 昭和电工株式会社 复合石墨粒子和使用该复合石墨粒子的锂二次电池
JP2016186912A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 三菱化学株式会社 非水系二次電池用複合炭素材、及び、非水系二次電池
JP2016186913A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 三菱化学株式会社 炭素材、及び、非水系二次電池
CN109417195A (zh) * 2016-12-26 2019-03-01 昭和电工株式会社 全固体锂离子电池
CN110870115A (zh) * 2017-11-28 2020-03-06 株式会社Lg化学 负极活性材料、包含其的负极和锂二次电池
US20200006750A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Lithium-ion battery
CN109560251A (zh) * 2018-11-09 2019-04-02 上海力信能源科技有限责任公司 一种锂离子电池负极极片及其制备方法、锂离子电池

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