CN115692623A - 锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 - Google Patents
锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115692623A CN115692623A CN202211430940.5A CN202211430940A CN115692623A CN 115692623 A CN115692623 A CN 115692623A CN 202211430940 A CN202211430940 A CN 202211430940A CN 115692623 A CN115692623 A CN 115692623A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium ion
- ion battery
- negative
- slurry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 116
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 116
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 25
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 25
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 22
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 18
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 28
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 description 11
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 3
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池，锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：S1、将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥后经辊压制得初始极片，其中，所述负极浆料包括负极活性物质和粘结剂；S2、对步骤S1制备的初始极片进行碳化处理，得到锂离子电池负极片。本发明提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池。
背景技术
锂离子电池作为新能源的代表，广泛应用在储能，动力电车等方面。随着新能源技术的不断发展，人们对高能量密度的锂离子电池提出了迫切的需求。目前提高锂离子电池能量密度的方法主要有材料创新，电芯减重以及对电池包系统进行创新等。从设计的角度考虑，能够提高能量密度的理想方式是减少非活性组分的比例，提高锂离子电池电极极片的厚度，就可以大幅度增加活性材料的负载，从而提高电池的能量密度。但是，在实际应用过程中，负极片厚度的增加会导致电子和离子的传输距离以及电阻成比例的增加，这会使得电极的导电性能变差，厚极片的嵌锂能力较低，并进一步导致电池的可用容量和倍率性能较低。例如，申请号为202110749546.7的专利公开了一种油性体系负极浆料的制备方法及锂电池负极片，采用该申请提供的制备负极片的方法制备的厚极片的导电性能、包括该负极片的电池的可用容量和倍率性能均较低。
在锂离子电池负极片的制备过程中，具有F-C结构的一类化合物(例如聚偏氟乙烯)是一类应用广泛的粘结剂，因此，研究一种提高应用上述粘结剂的厚极片的导电性能、倍率性能和可用容量的方法，具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供了一种锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池，本发明通过对负极片进行碳化处理，从而使得负极片上的粘结剂经过碳化处理，提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥后经辊压制得初始极片，其中，所述负极浆料包括负极活性物质和粘结剂；
S2、对步骤S1制备的初始极片进行碳化处理，得到锂离子电池负极片。
本发明通过对负极片进行碳化处理，从而使得负极片上的粘结剂经过碳化处理，提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量，解决了现有技术中厚极片的导电性能、倍率性能和可用容量较低的技术问题。
这里，厚极片可以指厚度不低于100μm的极片，例如，压实密度为1.4g/cm3、厚度为150μm的极片为厚极片。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料不包括导电剂。
当不添加导电剂时，可以进一步降低锂离子的扩散电阻，在后期应用到锂离子电池时，可以提高电池的倍率性能和可用容量。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料的粘度为3000～6000mPa.s，例如，可以为3000mPa.s、4000mPa.s、5000mPa.s或6000mPa.s等。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料的固含量为45％～60％，例如，可以为45％、50％、55％或60％等。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极集流体为铜箔、涂炭铜箔、多孔铜箔或多孔涂炭铜箔。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、改性石墨、复合石墨中的至少一种。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述初始极片上负极浆料层的厚度为150-400μm，例如可以为150μm、200μm、250μm、300μm或400μm等。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料的涂布面密度为200-490g/m2，例如可以为200g/m2、250g/m2、300g/m2、400g/m2或490g/m2等。
这里，面密度可以指双面面密度。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料的压实密度为1.25-1.4g/cm3。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S1中，所述干燥的温度为70～100℃(例如可以为70℃、80℃、90℃或100℃等)，所述干燥的时间为15～30min(例如可以为15min、20min、25min或30min等)。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂包括具有F-C结构的化合物。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极活性物质和所述粘结剂的质量比为(88：12)～(98：2)，例如可以为88：12、92:8、96:4或98:2等。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述对步骤S1制备的初始极片进行碳化处理，包括：先将步骤S1制备的初始极片在150-250℃(例如可以为150℃、200℃或250℃等)下预加热，之后在惰性气体气氛下，以1-5℃/min(例如可以为1℃/min、3℃/min或5℃/min等)的升温速率升温至400-750℃(例如可以为400℃、500℃、600℃、700℃或750℃等)保温，以进行碳化处理。
本发明通过先对初始极片进行预加热，可以防止极片出现开裂现象；当升温速率过快时，容易造成极片开裂，当升温速率过慢时，极片制备的效率较低。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述预加热的时间为1-1.5h。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述保温的时间为0.5-1h。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述惰性气体为N2。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述负极浆料的制备方法包括以下步骤：
S11、将所述粘结剂和溶剂混合搅拌，得到胶液，之后向所述胶液中加入所述负极活性物质，进行第一搅拌分散，得到第一混料；
S12、向所述第一混料中加入所述溶剂，调节所述第一混料的粘度至所需要的粘度，之后经真空除泡，得到所述负极浆料。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，所述溶剂为NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中的至少一种。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S11中，所述混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，其中，所述高速搅拌的公转速度为30～40rpm(例如可以为30rpm、32rpm、34rpm、36rpm、38rpm或40rpm等)，分散速度为8～11m/s(例如可以为8m/s、9m/s、10m/s或11m/s等)，时间为1～3h(例如可以为1h、2h或3h等)，所述真空反转除泡包括关闭分散速度，在真空度为-90～-95kpa，公转速度为10～20rpm(例如可以为10rpm、12rpm、14rpm、16rpm、18rpm或20rpm等)的条件下，除泡0.5～1.5h。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S11中，向所述胶液中分两次加入所述负极活性物质。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S11中，所述第一搅拌分散的公转速度为为20～30rpm(例如可以为20rpm、22rpm、24rpm、26rpm、28rpm或30rpm等)，分散速度为5～8m/s(例如可以为5m/s、6m/s、7m/s或8m/s等)，时间为2-3h。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S11中，所述第一混料的固含量为45-60％。
上述锂离子电池负极片的制备方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S12中，在所述真空除泡之后，进行过筛，得到所述负极浆料，其中，所述过筛的筛网的目数为100～200目，例如，目数可以为100目、120目、140目、150目、160目、180目或200目等。
第二方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片，所述锂离子电池负极片由第一方面提供的锂离子电池负极片的制备方法制得。
本发明提供的锂离子电池负极片具有优异的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量。
第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述负极片为第二方面提供的锂离子电池负极片。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括以下一项：
(1)本发明通过对负极片进行碳化处理，从而使得负极片上的粘结剂经过碳化处理，提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量。
(2)本发明通过对对极片进行碳化处理，从而使得极片上的粘结剂经过碳化处理，，可以提高厚电极的导电性能和电极容量；本发明提供的制备方法中取消了导电剂的应用，将粘结剂和电极活性物质均匀分散在溶剂中，随后通过涂布机制成极片，辊压完成之后在管式炉中对极片进行加热以进行碳化处理，由于对粘结剂进行碳化，使得极片的导电性增加，可以取消导电剂的使用，同时导电剂均匀分散在电极活性物质周围，会影响锂离子的扩散性能，因此取消了导电剂的使用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，本申请的保护范围包含但不限于下述各实施例。以下实施例仅用于对本申请技术方案的优点和效果进行说明，不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员基于本申请所做出的等同替换都属于本申请保护范围。
除另有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
第一方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥后经辊压制得初始极片，其中，所述负极浆料包括负极活性物质和粘结剂，其中，所述负极浆料不包括导电剂，所述负极浆料的粘度为3000～6000mPa.s，所述负极浆料的固含量为45％～60％，所述负极集流体为铜箔、涂炭铜箔、多孔铜箔或多孔涂炭铜箔，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、改性石墨、复合石墨中的至少一种，所述初始极片上负极浆料层的厚度为150-400μm，所述负极浆料的涂布面密度为200-490g/m2，所述负极浆料的压实密度为1.25-1.4g/cm3，所述干燥的温度为70～100℃，所述干燥的时间为15～30min，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯(PVDF)，所述负极活性物质和所述粘结剂的质量比为(88：12)～(98：2)；所述负极浆料的制备方法包括以下步骤：S11、将所述粘结剂和溶剂混合搅拌，得到胶液，之后向所述胶液中分两次加入所述负极活性物质，进行第一搅拌分散，得到第一混料，其中，所述溶剂为NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中的至少一种，所述第一搅拌分散的公转速度为为20～30rpm，分散速度为5～8m/s，时间为2-3h，所述第一混料的固含量为45-60％，所述混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，其中，所述高速搅拌的公转速度为30～40rpm，分散速度为8～11m/s，时间为1～3h，所述真空反转除泡包括关闭分散速度，在真空度为-90～-95kpa，公转速度为10～20rpm的条件下，除泡0.5～1.5h；S12、向所述第一混料中加入所述溶剂，调节所述第一混料的粘度至所需要的粘度，之后经真空除泡，得到所述负极浆料，其中，在所述真空除泡之后，进行过筛，得到所述负极浆料，其中，所述过筛的筛网的目数为100～200目。
S2、先将步骤S1制备的初始极片在150-250℃下预加热，之后在惰性气体气氛下，以1-5℃/min的升温速率升温至400-750℃保温，以进行碳化处理得到锂离子电池负极片，其中，所述预加热的时间为1-1.5h，所述保温的时间为0.5-1h，所述惰性气体为N2。
现有技术中，负极片厚度的增加会导致电子和离子的传输距离以及电阻成比例的增加，这会使得电极的导电性能变差，也会使得负极片的嵌锂能力较差，进一步导致电池的可用容量和倍率性能较差。同时，电解液中锂离子浓度由远离负极集流体到靠近负极集流体处逐渐降低，导致浓差极化的产生，使得电化学的反应速率非均匀分布，导致随着循环次数的增加容易导致结构破坏，加剧电池的容量衰减
本发明通过对负极片进行碳化处理，从而使得负极片上的粘结剂经过碳化处理，提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能、循环性能和可用容量，解决了现有技术中厚极片的导电性能、倍率性能和可用容量较低的技术问题。
第二方面，本发明提供了一种锂离子电池负极片，所述锂离子电池负极片由第一方面提供的锂离子电池负极片的制备方法制得。
第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述负极片为第二方面提供的锂离子电池负极片。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本发明提供了一种锂离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
S0、采用油系湿法工艺制备负极浆料(石墨浆料)，该负极浆料包括负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)，负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)的质量比为92:8，溶剂使用NMP溶剂。具体步骤为：首先将PVDF溶解在NMP溶剂中进行混合搅拌以打胶，该混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，高速搅拌的时间为2h，公转速度为35rpm，分散速度为11m/s，以使PVDF完全溶解，随后关闭分散速度，进行真空反转除泡，真空反转除泡的真空度为-95KPa，除泡时间为30min，公转速度为15rpm；随后分两次加入人造石墨，进行充分分散(第一搅拌分散)，得到固含量为60％的第一混料，每次充分分散的公转速度均为25rpm，分散速度均为8m/s，时间为1h；最后，向第一混料中加入NMP溶剂，调节粘度为4800mPa.s，固含量为55％，之后以公转速度为10rpm，分散速度为0，在真空度为-90KPa下除气泡30min，用120目筛网对浆料进行过筛，得到负极浆料。
S1、将负极浆料涂布在厚度为8μm的铜箔的两面上，涂布的双面面密度为490g/m2，在80℃下干燥25min，待极片干燥后真空(真空度为-90KPa)保存12h，对干燥后的极片进行辊压，压实密度设置为1.25g/cm3，辊压后负极片总厚度为400μm，其中，负极浆料层的总厚度为392μm。
S2、将步骤S1制备的负极片先在200℃下加热1h，随后通过管式炉在N2条件下以2℃/min的速度升温到600℃，并在600℃下保温1h，N2的流速为10mL/min，以使PVDF进行碳化，得到锂离子电池负极片。
本实施例制备的负极片的外观正常，未出现开裂。
实施例2
本发明提供的锂离子电池负极片的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)的质量比为96：4，在步骤S2中，将步骤S1制备的负极片先在250℃下加热1h，随后通过管式炉在N2条件下以4℃/min的速度升温到700℃，并在700℃下保温1h，N2的流速为10mL/min。
本实施例制备的负极片的外观正常，未出现开裂。
对比例1
本对比例提供的锂离子电池负极片的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，未对负极片进行碳化处理，具体包括以下步骤：
S0、采用油系湿法工艺制备负极浆料(石墨浆料)，该负极浆料包括负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)，负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)的质量比为92:8，溶剂使用NMP溶剂。具体步骤为：首先将PVDF溶解在NMP溶剂中进行混合搅拌以打胶，该混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，高速搅拌的时间为2h，公转速度为35rpm，分散速度为11m/s，以使PVDF完全溶解，随后关闭分散速度，进行真空反转除泡，真空反转除泡的真空度为-95KPa，除泡时间为30min，公转速度为15rpm；随后分两次加入人造石墨，进行充分分散(第一搅拌分散)，得到固含量为60％的第一混料，每次充分分散的公转速度均为25rpm，分散速度均为8m/s，时间为1h；最后，向第一混料中加入NMP溶剂，调节粘度为4800mPa.s，固含量为55％，之后以公转速度为10rpm，分散速度为0，在真空度为-90KPa下除气泡30min，用120目筛网对浆料进行过筛，得到负极浆料。
S1、将负极浆料涂布在厚度为8μm的铜箔的两面上，涂布的双面面密度为490g/m2，在80℃下干燥25min，待极片干燥后真空(真空度为-90KPa)保存12h，对干燥后的极片进行辊压，压实密度设置为1.25g/m3，辊压后负极片总厚度为400μm，其中，负极浆料层的总厚度为392μm。
对比例2
本对比例提供的锂离子电池负极片的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，负极浆料包括导电剂(sp)，未对负极片进行碳化处理，具体包括以下步骤：
S0、采用油系湿法工艺制备负极浆料(石墨浆料)，该负极浆料包括负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)以及导电剂(SP)，负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)以及导电剂(SP)的质量比为92：5：3，溶剂使用NMP溶剂。具体步骤为：首先将PVDF溶解在NMP溶剂中进行混合搅拌以打胶，该混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，高速搅拌的时间为2h，公转速度为35rpm，分散速度为11m/s，以使PVDF完全溶解，随后关闭分散速度，进行真空反转除泡，真空反转除泡的真空度为-95KPa，除泡时间为30min，公转速度为15rpm；之后加入导电剂SP，进行高速分散，分散速度为11m/s，分散时间为30min；随后分两次加入人造石墨，进行充分分散(第一搅拌分散)，得到固含量为60％的第一混料，每次充分分散的公转速度均为25rpm，分散速度均为8m/s，时间为1h；最后，向第一混料中加入NMP溶剂，调节粘度为4800mPa.s，固含量为56.3％，之后以公转速度为10rpm，在真空度为-90KPa下除气泡30min，用120目筛网对浆料进行过筛，得到负极浆料。
S1与实施例1完全相同。
对比例3
本对比例提供的锂离子电池负极片的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，负极浆料包括导电剂(SP)，具体包括以下步骤：
S0、采用油系湿法工艺制备负极浆料(石墨浆料)，该负极浆料包括负极活性物质(人造石墨)和粘结剂(PVDF)以及导电剂(SP)，负极活性物质(石墨)和粘结剂(PVDF)以及导电剂(SP)的质量比为92：5：3，溶剂使用NMP溶剂。具体步骤为：首先将PVDF溶解在NMP溶剂中进行混合搅拌以打胶，该混合搅拌依次包括高速搅拌和真空反转除泡，高速搅拌的时间为2h，公转速度为35rpm，分散速度为11m/s，以使PVDF完全溶解，随后关闭分散速度，进行真空反转除泡，真空反转除泡的真空度为-95KPa，除泡时间为30min，公转速度为15rpm；之后加入导电剂SP，进行高速分散，分散速度为11m/s，分散时间为30min；随后分两次加入人造石墨，进行充分分散(第一搅拌分散)，得到固含量为60％的第一混料，每次充分分散的公转速度均为25rpm，分散速度均为8m/s，时间为1h；最后，向第一混料中加入NMP溶剂，调节粘度为4800mPa.s，固含量为57.2％，之后以公转速度为10rpm，在真空度为-90KPa下除气泡30min，用120目筛网对浆料进行过筛，得到负极浆料。
S1～S2与实施例1完全相同。
对比例4
本对比例提供的锂离子电池负极片的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，在步骤S2中，未对负极片进行预加热，具体包括以下步骤：
S0～S1：与实施例1中S0～S1完全相同。
S2、将步骤S1制备的负极片通过管式炉在N2条件下、在600℃下加热1h，N2的流速为10mL/min，以使PVDF进行碳化，得到锂离子电池负极片。
本对比例制备的负极片出现开裂现象。
性能测试
膜片(极片)电阻的测试方法：采用ACCFILM膜片电阻测试仪对实施例1～2和对比例1～3制备的极片进行膜片电阻的测试，将极片裁成直径为25mm的圆片，放在测试探头下方，测试压力为0.3t，保载时间为2s，得到测得的膜片电阻的数据。
使用锂片作为负极，实施例1～2和对比例1～3制备的负极片分别作为正极，制作扣式半电池，并在25℃下进行欧姆阻抗、放电比容量和循环性能的测试。
欧姆阻抗的测试方法：采用电化学工作站对其制备的电池进行电化学测试，交流振幅为10mV，频率范围为5mHz～500kHz，对低频区域数据进行拟合得到离子阻抗(电阻)值。
对组装的电池进行放电比容量测试，0.02C测试条件与步骤如下：
恒电流放电，电流强度：0.02C，放电截止电位：0.01V；
恒电流充电，电流强度：0.02C，充电截止电位：1V。
0.05C测试条件与步骤如下：
恒电流放电，电流强度：0.05C，放电截止电位：0.01V；
恒电流充电，电流强度：0.05C，充电截止电位：1V。
对组装的电池的循环性能进行测试，测试条件与步骤如下：
(1)恒电流放电，电流强度：0.05C，放电截止电位：0.01V；
(2)静置：5min；
(3)恒电流充电，电流强度：0.05C，充电截止电位：1V；
(4)静置：5min；
(5)返回步骤(1)，重复循环5次。
对实施例1～2和对比例1～3制备的极片的膜片电阻进行测试，对其组装的扣式半电池的欧姆阻抗和在0.02C，0.05C条件下的首次放电比容量进行测试，并在0.05C充0.05C放条件下循环5次，测得容量保持率，测试结果如表1所示，表1中的容量保持率为循环5周后的放电比容量保持率。
表1
由表1可知，与对比例1相比，实施例1～2制备的负极片的膜片电阻较低，表明其具有优异的导电性能；离子电阻较低，低倍率和高倍率下放电比容量均较高，表明其嵌锂能力较高，当将实施例1～2提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量；经过5周循环后，容量保持率也均较高，表明其具有优异的循环性能。由此可知，本发明通过对负极片进行碳化处理，从而使得负极片上的粘结剂经过碳化处理，提高了锂离子电池负极片的导电性能，当本发明提供的锂离子电池负极片应用到锂离子电池后，能够提高锂离子电池的倍率性能和可用容量，申请人猜测原因可能在于，粘结剂碳化过程产生的石墨碳可以部分存储锂离子，使得锂离子有更多的脱嵌空间，其放电比容量要高于对比例；碳化可以增加电极的电子导通能力，有助于增强电极中的导电网络；粘结剂的碳化同时增强了电极的离子导通能力，优化离子在厚电极中的扩散路径长且曲折的问题；通过对粘结剂进行碳化，在整个电极的内部形成一个均匀的完整的导电网络，粘结剂的结构中含F-C键，将其碳化后其导电性较高，氟化碳可以与锂离子发生可逆反应，在电极中形成介孔，可以提高锂离子扩散速率。
与对比例3相比，实施例1制备的负极片离子电阻较低，放电比容量较高，表明当不添加导电剂时，可以降低锂离子的扩散电阻，从而提高负极片的嵌锂能力，进一步提高了电池的倍率性能和可用容量。
以上对本发明所提供的一种锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将负极浆料涂布在负极集流体上，干燥后经辊压制得初始极片，其中，所述负极浆料包括负极活性物质和粘结剂；
S2、对步骤S1制备的初始极片进行碳化处理，得到锂离子电池负极片。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述负极浆料不包括导电剂。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述负极浆料的粘度为3000～6000mPa.s；
和/或，所述负极浆料的固含量为45％～60％；
和/或，所述负极集流体为铜箔、涂炭铜箔、多孔铜箔或多孔涂炭铜箔；
和/或，所述负极活性物质包括天然石墨、人造石墨、改性石墨、复合石墨中的至少一种；
和/或，所述初始极片上负极浆料层的厚度为150-400μm；
和/或，所述负极浆料的涂布面密度为200-490g/m2；
和/或，所述负极浆料的压实密度为1.25-1.4g/cm3。
和/或，在步骤S1中，所述干燥的温度为70～100℃，所述干燥的时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括具有F-C结构的化合物。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述负极活性物质和所述粘结剂的质量比为(88：12)～(98：2)。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述对步骤S1制备的初始极片进行碳化处理，包括：先将步骤S1制备的初始极片在150-250℃下预加热，之后在惰性气体气氛下，以1-5℃/min的升温速率升温至400-750℃保温，以进行碳化处理。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极片的制备方法，其特征在于，所述负极浆料的制备方法包括以下步骤：
S11、将所述粘结剂和溶剂混合搅拌，得到胶液，之后向所述胶液中加入所述负极活性物质，进行第一搅拌分散，得到第一混料；
S12、向所述第一混料中加入所述溶剂，调节所述第一混料的粘度至所需要的粘度，之后经真空除泡，得到所述负极浆料。
9.一种锂离子电池负极片，其特征在于，所述锂离子电池负极片由权利要求1-8中任一项所述的锂离子电池负极片的制备方法制得。
10.一种锂离子电池，包括：正极片、负极片、隔离膜和电解液，其特征在于，所述负极片为权利要求9所述的锂离子电池负极片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211430940.5A CN115692623B (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211430940.5A CN115692623B (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115692623A true CN115692623A (zh) | 2023-02-03 |
| CN115692623B CN115692623B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=85052511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211430940.5A Active CN115692623B (zh) | 2022-11-15 | 2022-11-15 | 锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115692623B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012028215A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | リチウムイオン二次電池及び導電助剤粒子の製造方法 |
| CN109888187A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-14 | 东莞天予天正新能源科技有限公司 | 一种极片的生产设备及其生产工艺 |
| CN209626321U (zh) * | 2019-03-21 | 2019-11-12 | 东莞天予天正新能源科技有限公司 | 一种极片的生产设备 |
| CN209639443U (zh) * | 2019-01-29 | 2019-11-15 | 江西茂隆新能源科技有限公司 | 一种锂电池负极片烘烤设备 |
| CN113054177A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 浙江大学 | 一种多元复合硅基负极及其制备方法和应用 |
| CN114503336A (zh) * | 2020-06-17 | 2022-05-13 | 广东省皓智科技有限公司 | 复合物的剥离方法 |
| CN115280571A (zh) * | 2020-03-13 | 2022-11-01 | 三洋电机株式会社 | 非水电解质二次电池 |
-
2022
- 2022-11-15 CN CN202211430940.5A patent/CN115692623B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012028215A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | リチウムイオン二次電池及び導電助剤粒子の製造方法 |
| CN209639443U (zh) * | 2019-01-29 | 2019-11-15 | 江西茂隆新能源科技有限公司 | 一种锂电池负极片烘烤设备 |
| CN109888187A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-14 | 东莞天予天正新能源科技有限公司 | 一种极片的生产设备及其生产工艺 |
| CN209626321U (zh) * | 2019-03-21 | 2019-11-12 | 东莞天予天正新能源科技有限公司 | 一种极片的生产设备 |
| CN115280571A (zh) * | 2020-03-13 | 2022-11-01 | 三洋电机株式会社 | 非水电解质二次电池 |
| CN114503336A (zh) * | 2020-06-17 | 2022-05-13 | 广东省皓智科技有限公司 | 复合物的剥离方法 |
| CN113054177A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 浙江大学 | 一种多元复合硅基负极及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115692623B (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110148708B (zh) | 一种负极片及锂离子电池 | |
| CN109103399B (zh) | 一种锂硫电池用功能性隔膜及其制备方法和在锂硫电池中的应用 | |
| CN105261760A (zh) | 锂离子电池水性正极复合集流体、正极片及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN113078305B (zh) | 一种高能量密度磷酸铁锂电池 | |
| WO2023046027A1 (zh) | 锂离子电池电极及其制备方法与锂离子电池 | |
| CN110627034B (zh) | 一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法 | |
| CN113594415A (zh) | 抑制锂硫电池穿梭效应的三明治独立正极及其制备方法 | |
| CN112271285A (zh) | 一种锂离子电池正极浆料的制备工艺 | |
| CN111048781A (zh) | 一种耐高压实的复合导电剂及其在锂离子电池中的应用 | |
| CN109950543B (zh) | 一种适用于锂离子电池电极材料的集流体及其制备和应用 | |
| WO2018233327A1 (zh) | 一种具有高倍率性能锂离子电池及其制备方法 | |
| CN115566170A (zh) | 一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN113991089B (zh) | 钠离子电池及其制备方法 | |
| CN113113565B (zh) | 一种负极片及电池 | |
| CN114447338A (zh) | 正极极片浆料及其制备方法、锂离子电池、以及车辆 | |
| CN107742697B (zh) | 一种外敷式铅炭电池负极的制备方法 | |
| CN114628648A (zh) | 一种高性能硅碳负极极片及其制备方法 | |
| CN109546109A (zh) | 一种高温稳定型锂电池正极 | |
| CN113270691A (zh) | 一种极片/隔膜一体化的锂离子电池及其制备方法 | |
| CN115483431B (zh) | 无隔膜固态锂离子电池及其制备方法 | |
| CN115692623B (zh) | 锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN115939398A (zh) | 一种导电粘结剂、制备方法及其应用 | |
| CN113299918B (zh) | 一种负极极片及包括该负极极片的锂离子电池 | |
| CN111129496B (zh) | 锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池负极和锂离子电池 | |
| CN112928274B (zh) | 锂离子电池负极材料、负极和锂离子电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |