CN103985841A - 一种锂离子电池负极及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103985841A
CN103985841A CN201410259488.XA CN201410259488A CN103985841A CN 103985841 A CN103985841 A CN 103985841A CN 201410259488 A CN201410259488 A CN 201410259488A CN 103985841 A CN103985841 A CN 103985841A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative electrode
ion battery
water
electrode slurry
lithium
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.)
Pending
Application number
CN201410259488.XA
Other languages
English (en)
Inventor
邓耀明
汪国红
杨文平
杜天柱
李中延
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mcnair Technology Co Ltd
Dongguan Mcnair New Power Co Ltd
Original Assignee
Mcnair Technology Co Ltd
Dongguan Mcnair New Power Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mcnair Technology Co Ltd, Dongguan Mcnair New Power Co Ltd filed Critical Mcnair Technology Co Ltd
Priority to CN201410259488.XA priority Critical patent/CN103985841A/zh
Publication of CN103985841A publication Critical patent/CN103985841A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法，它包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。本发明采用水性多元共聚乳液代替传统的丁苯橡胶作为锂离子电池粘结剂后，实现了比传统粘结剂更为优越的粘结性能，同时制备的电池具有突出的优良性能：良好的低温特性、低循环膨胀率、良好的长循环特性、更优异的加工特性，使用本发明制备的负极具有更小阻抗，更好的动力学性能，能有效的解决锂离子电池低温析锂的风险问题，制备的电池具有安全可靠、循环寿命长的特点。

Description

一种锂离子电池负极及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。
背景技术
锂离子电池自商业化以来，由于其能量密度高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长、对环境无污染等诸多优点被广泛用作各种移动设备的电源，也使其进入了大规模的实用阶段。
锂离子电池特性可以通过改善电池的部件而开发出来，电池的性能依赖于电极、电解液和包含其中的电池材料，而电极的特性依赖于电池的活性物质、集流体和粘结剂，粘结剂提供电池活性物质与集流体的粘合力，当粘结剂提供活性物质之间或者活性物质与集流体之间的强粘结力时，电子和锂离子在电极内平稳地移动并且电极内阻降低。
目前锂离子电池水性负极极片一般采用苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）作为粘结剂，此类物质的溶度参数在16-18（J/cm3）1/2，与目前电解液体系的溶度参数20-26（J/cm3）1/2差距较大，锂离子在这类物质传导性差。当涂布重量增加后，使用这类物质作为粘结剂制备的电池在低温下动力学性能会进一步恶化，已经严重制约了锂离子电池在低温下的应用。此外，当前锂离子电池负极极片制作过程中还普遍存在极片脆性太强，影响负极极片的压实密度。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供一种可提升锂离子电池低温性能的锂离子电池负极，使用该粘结剂制备的锂离子电池具有良好的加工特性低温性能以及长循环特性。
为了达到上述要求，本发明采用如下的技术方案：一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
负极浆料配方中，粘结剂添加量过少（质量分数小于0.5%），活性物质在浆料中分散效果差，制作的浆料稳定性差，造成极片中活性物质的分布不均匀，从而导致活性物质的过充和过放，进而影响到电池的循环性能，另外，粘结剂过少，粘结力太差，极片加工过程中，负极浆料容易脱落。反之（质量分数大于5%），粘结剂可能覆盖活性物质的表面，造成阳极阻抗增大，电池在充电过程中容易析锂，影响电池的性能。
所述水性多元共聚乳液由通式分别为CH2=CH-C6H5，CH2=CH-C6H5-CH=CH2，CHR1=CHCOOH, CHR2=CHCOOR3中任意两种或两种以上的单体共聚而成， R1，R2，R3均为氢或四个碳原子以下的饱和或非饱和碳链。
所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸甲酯三元共聚物、二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物、二乙烯苯-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯三元共聚物或苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。由于这类共聚物中，苯乙烯单元的玻璃化转变温度较高，赋予粘结剂极强的内聚力，同时苯环六元环独特结构保证了高分子链的稳定性，并赋予粘结剂极强的抗蠕变特性，从而保证了电池在反复充放电循环中足够的抗疲劳特性，丙烯酸酯单元玻璃化转变温度较低，具有较好的界面粘结剂作用，有效地保证了粘结剂对活性物质的粘附作用。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa、COOLi或COONH2。此外，功能团COONa,COOLi,COONH2，能有效地改善集流体与活性物质的粘结。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在100nm-300nm之间，溶度参数介于18-24（J/cm3）1/2之间。根据相似相容原理，溶度参数相近，相容性更好，这极大地赋予了粘结剂具有相对较高的锂离子传导特性。
所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，过高的交联点密度，粘结剂***，电池变形比例增高。所述水性多元共聚乳液的玻璃化转变温度在-20℃至20℃之间，玻璃化温度太低，粘结剂相对柔软，内聚力不够，玻璃化转变温度高于20℃，粘结剂相对较硬较脆，造成极片干燥过程中开裂，极片柔韧性太差，并容易造成极片单面区脱模。此外，由于分子链柔顺性差，石墨颗粒在正常充放电过程中收缩、膨胀产生的应力无法通过分子链的滑移得到缓释，最终导致制备的电池容易造成局部应力集中而发生变形。所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m，否则涂布容易出现针孔等涂布坏品。
所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%），上载率过大，显著地恶化了粘结剂对活性物质或者集流体的粘附作用，并加剧了活性物质脱落的风险。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠，海藻酸钠，聚乙烯醇中的一种或任意几种。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的导电助剂，所述导电助剂为导电碳，碳纳米管，石墨烯中的一种或任意几种。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.05%-8%的碳酸乙烯酯。研究中发现，负极浆料中添加一定的碳酸乙烯酯可以降低极片的脆性，保证极片干燥过程中不开裂，另外极片冷压过程中，极片中的残留EC，能充当石墨颗粒间的润滑剂，提高负极极片压实密度，进而提高能量密度。其添加量为0.05%-8%，极片中太多的EC残留会恶化电芯性能。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的50-60%。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
其中步骤C中当粘度过高时，通过加入水的方式控制负极浆料的粘度在2000-4000mPa·s之间。
需要说明的是本发明中步骤B的快速搅拌和步骤C的慢速搅拌是相对的，也是本领域技术人员熟知的，无需进行详细限定。
相对现有技术，本发明有以下有益成果：
本发明采用水性多元共聚乳液代替传统的丁苯橡胶作为锂离子电池粘结剂后，实现了比传统粘结剂更为优越的粘结性能，同时制备的电池具有突出的优良性能，主要体现在以下方面：
一、良好的低温特性。由于水性多元共聚乳液具有与电解液相近的溶度参数，在电解液中保持相对高溶胀率从而提升锂离子传导率，并显著改善电池在低温下的充放电特性，当涂布重量大于12mg/cm2,这种优势将更加凸显。
二、低循环膨胀率。由于水性多元共聚乳液中引入了丙烯酸酯单体具有很好的界面粘结作用，有效地保证了粘结剂对活性物质的粘附作用，此外，功能单体中含有COONa,COOLi,COONH2，能够与活性物质、导电碳的羟基形成化学建，从而增强了活性物质与导电碳的结合力，另外羧基与集流体容易形成络合作用改善对集流体的粘结。对于粘结剂的本身，苯环的六元环独特结构保证了高分子链的稳定性，并赋予粘结剂极强的抗蠕变特性，从而保证了电池在反复充放电循环中足够的抗疲劳特性，降低了电池在循环过程中的厚度的变化率。
三、良好的长循环特性。导电浆料制备过程中，由于水性多元共聚乳液具有合适的表面张力，极容易在活性物质或者集流体铺展，并在干燥后在活性物质上形成一张连续膜，对活性物质具有良好的粘附特性，循环过程中，活性物质的部分表面被粘结剂较好的覆盖，暴露在电解液中的表面积大大减少，从而减少了电解液在活性物质表面的不可逆消耗，保证电池的长循环性能。
四、更优异的加工特性。负极浆料制备过程中加入一定量的碳酸乙烯酯可以降低极片的脆性，保证极片干燥过程中不开裂，另外极片冷压过程中，极片中的残留碳酸乙烯酯，能充当润滑剂，提高负极极片压实密度，进而提高能量密度。
五、使用本发明制备的负极具有更小阻抗，更好的动力学性能，能有效的解决锂离子电池低温析锂的风险问题，制备的电池具有安全可靠、循环寿命长的特点。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：96%的活性物质，所述活性物质为石墨，1%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1%的导电助剂，所述导电助剂为导电碳。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1%的碳酸乙烯酯。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的55%。
所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸甲酯三元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径是280nm，溶度参数是18.2（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为180%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度为10℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
正极的制备。
正极使用钴酸锂(LiCoO2)作为活性物质。按照配方调制含有该活性物质的正极浆料，该浆料的固体成分包含97%的该正极活性物质，1.5%的PVDF（聚偏氟乙烯）作为粘接剂，1.5%的导电碳作为电传导助剂。该浆料使用NMP作为溶剂，浆料的固体含量为70%。将该浆料均匀地涂在已经处理好的铝箔两面，再用辊压机将极片压实，得到油性正极极片。
电池的组装
在正极和负极极片上焊接导电极耳，使正极和负极中间夹有14um的PP/PE复合隔离膜而重叠，将其卷绕成四方状，再用铝塑膜包装袋中，注入非水电解液，电池的电解液为1mol/L的LiPF6溶液，主要溶剂由EC、PC、DMC混合而成，封装后对电池进行化成和老化测试，得到长宽厚为32mm×82mm×42mm的方形软包装电池。
实施例2。
与实施例1不同之处在于：负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：95%的活性物质，所述活性物质为石墨合金，具体为硅碳合金，4%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.5%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为海藻酸钠。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.5%的导电助剂，所述导电助剂为碳纳米管。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的50%。
所述水性多元共聚乳液为苯二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COOLi。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径是100nm，溶度参数是18（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为320%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度是-20℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
实施例3。
与实施例1不同之处在于：负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：98.5%的活性物质，所述活性物质为石墨，1%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.1%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为聚乙烯醇。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.35%的导电助剂，所述导电助剂为石墨烯。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.05%的碳酸乙烯酯。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的55%。
所述水性多元共聚乳液为二乙烯苯-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯三元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COONH2。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在300nm，溶度参数24（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为200%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度在20℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
实施例4。
与实施例1不同之处在于：负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%的活性物质，所述活性物质为石墨，4%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1.5%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.5%的导电助剂，所述导电助剂为碳纳米管。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：2%的碳酸乙烯酯。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的50%。
所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COOLi。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在150nm，溶度参数22（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为300%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度在-5℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
实施例5。
与实施例1不同之处在于：负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%的活性物质，所述活性物质为石墨合金，1%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.3%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为海藻酸钠。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.2%的导电助剂，所述导电助剂为石墨烯中。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：6.5%的碳酸乙烯酯。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的55%。
所述水性多元共聚乳液为二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COONH2。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在250nm，溶度参数23（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为320%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度在5℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
实施例6。
与实施例1不同之处在于：负极的制备。
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：93%的活性物质，所述活性物质为石墨，2%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：1%的导电助剂，所述导电助剂为石墨烯。
所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：3%的碳酸乙烯酯。
本发明所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的60%。
所述水性多元共聚乳液苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。
所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa。
所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在270nm，溶度参数22（J/cm3）1/2，60℃在电解液中溶胀为260%（wt%），所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度15℃，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%）。
一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
、极片粘结力测试：
取冷压后的极片，裁成20mm*10cm的矩形小片，用20mm宽的双面胶黏在洁净的不锈钢板上，采用拉力机测试180度剥离力，拉力机的拉升速度为50mm/min。
、极片反弹测试：
极片冷压后，用千分尺测试极片厚度，作为极片的初始厚度，随后电芯制作过程中，依次在阳极片烘烤后，卷绕前，电池整形时，第一次满充，电压为3.8V时，以及经历200个循环后满充等几个阶段测试阳极片厚度，计算不同状态下极片反弹率。
、电池循环膨胀率测试：
电池在循环前，采用高度规测试3.8V电池厚度，作为原始厚度，循环过程中，用相同方法测试电池在第1,50,100,150,200,250,300,400,500个循环后电池满充的厚度。
电池膨胀率=（满充电池厚度/3.8V电池厚度-1）*100%。
、倍率测试：
常温下，0.5C倍率将电池满充，恒压到0.05C，分别测试0.2C，0.5C,1.0C,1.5C,2.0C放电容量。
、高低温容量测试：
在常温下将电池满充，分别测试电池在25℃，0℃，-20℃，60℃的放电容量。放电测试前，电池在指定温度下静置2h。
表1为极片粘结力和电阻测试；
表2为极片反弹测试；
表3为电池循环膨胀率测试；
表4为倍率测试；
表5为高低温容量测试。
                                                。
。
。。
。
通过表1可以看出，本发明制备的负极极片具有粘结力强，且膜片电阻小等特点。
通过表2可以看出，本发明制备的负极极片反弹率低。
通过表3可以看出，本发明制备的电池膨胀率低，安全性好。
通过表4可以看出，本发明制备的电池倍率较高，可有效满足电动工具、遥控飞机及汽车等高功率需求产品。
通过表5可以看出，本发明制备的电池的高低温容量较高，稳定性好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，都包含在本发明的保护范围之内。    

Claims (10)

1.一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，其特征在于：负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液由通式分别为CH2=CH-C6H5，CH2=CH-C6H5-CH=CH2，CHR1=CHCOOH, CHR2=CHCOOR3中任意两种或两种以上的单体共聚而成， R1，R2，R3均为氢或四个碳原子以下的饱和或非饱和碳链。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸甲酯三元共聚物、二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物、二乙烯苯-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯三元共聚物或苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa、COOLi或COONH2。
5.根据权利要求1至3任一项所述的锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在100nm-300nm之间，溶度参数介于18-24（J/cm3）1/2之间。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，玻璃化转变温度在-20℃至20℃之间，所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠，海藻酸钠，聚乙烯醇中的一种或任意几种。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的导电助剂，所述导电助剂为导电碳，碳纳米管，石墨烯中的一种或任意几种。
9.根据权利要求8 所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.05%-8%的碳酸乙烯酯。
10.权利要求9 所述的一种锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：它包括以下制备步骤：
步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液；
步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下；
步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料；
步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。
CN201410259488.XA 2014-06-11 2014-06-11 一种锂离子电池负极及其制备方法 Pending CN103985841A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410259488.XA CN103985841A (zh) 2014-06-11 2014-06-11 一种锂离子电池负极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410259488.XA CN103985841A (zh) 2014-06-11 2014-06-11 一种锂离子电池负极及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103985841A true CN103985841A (zh) 2014-08-13

Family

ID=51277734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410259488.XA Pending CN103985841A (zh) 2014-06-11 2014-06-11 一种锂离子电池负极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103985841A (zh)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104466187A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 东莞新能源科技有限公司 一种正极电极膜及应用了该电极膜的锂离子电池
CN105655592A (zh) * 2016-03-12 2016-06-08 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极及其制备方法
CN106099114A (zh) * 2016-08-19 2016-11-09 洛阳力容新能源科技有限公司 一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池
CN106558702A (zh) * 2016-12-08 2017-04-05 长兴天晟能源科技有限公司 一种锂离子电池用负极浆料
CN107834023A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 东莞市创明电池技术有限公司 锂离子电池负极浆料及其制备方法、负极片和锂离子电池
CN108203482A (zh) * 2018-01-02 2018-06-26 珠海光宇电池有限公司 负极粘结剂及其制备方法和负极极片的制备方法
CN108306021A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极
CN108417818A (zh) * 2018-02-07 2018-08-17 浙江大学 一种基于硅基材料的锂离子电池负极
CN108470884A (zh) * 2018-03-20 2018-08-31 浙江大学 一种水基粘结剂制备的锂离子电池电极
CN108470910A (zh) * 2018-03-13 2018-08-31 陕西科技大学 一种交联型复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法
CN108630898A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 索尼公司 锂离子电池负极极片的制备方法、由此制得的负极极片和包含其的锂离子电池
CN108832129A (zh) * 2018-06-13 2018-11-16 闽南师范大学 一种电极浆料及制备方法及由其制成的锂离子电池电极
CN110137497A (zh) * 2019-05-11 2019-08-16 珠海冠宇电池有限公司 一种负极粘结剂及其制备方法及锂离子电池
CN110911644A (zh) * 2019-10-30 2020-03-24 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种锂离子正极涂层及锂离子电池
WO2022001428A1 (zh) * 2020-06-29 2022-01-06 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极极片及含该负极极片的二次电池
WO2022121863A1 (zh) * 2020-12-10 2022-06-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池
CN115820047A (zh) * 2022-11-15 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片及其制备方法、电池及用电装置
WO2023145612A1 (ja) * 2022-01-31 2023-08-03 日本ゼオン株式会社 カーボンナノチューブ分散液、非水系二次電池負極用スラリー、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101156264A (zh) * 2005-04-07 2008-04-02 Lg化学株式会社 用于锂二次电池的具有优良的倍率特性和长期循环性能的粘合剂
CN102790218A (zh) * 2012-08-03 2012-11-21 杭州万马高能量电池有限公司 一种锂离子电池负极浆料制备工艺
CN102971895A (zh) * 2010-07-09 2013-03-13 Lg化学株式会社 显示出优异粘合力的用于二次电池的粘合剂

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101156264A (zh) * 2005-04-07 2008-04-02 Lg化学株式会社 用于锂二次电池的具有优良的倍率特性和长期循环性能的粘合剂
CN102971895A (zh) * 2010-07-09 2013-03-13 Lg化学株式会社 显示出优异粘合力的用于二次电池的粘合剂
CN102790218A (zh) * 2012-08-03 2012-11-21 杭州万马高能量电池有限公司 一种锂离子电池负极浆料制备工艺

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104466187A (zh) * 2014-12-10 2015-03-25 东莞新能源科技有限公司 一种正极电极膜及应用了该电极膜的锂离子电池
CN105655592A (zh) * 2016-03-12 2016-06-08 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极及其制备方法
CN105655592B (zh) * 2016-03-12 2019-02-05 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极及其制备方法
CN106099114B (zh) * 2016-08-19 2018-12-18 洛阳力容新能源科技有限公司 一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池
CN106099114A (zh) * 2016-08-19 2016-11-09 洛阳力容新能源科技有限公司 一种锂离子电池用复合粘结剂、锂离子电池正极浆料及锂离子电池
CN106558702A (zh) * 2016-12-08 2017-04-05 长兴天晟能源科技有限公司 一种锂离子电池用负极浆料
CN108630898A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 索尼公司 锂离子电池负极极片的制备方法、由此制得的负极极片和包含其的锂离子电池
CN107834023A (zh) * 2017-11-27 2018-03-23 东莞市创明电池技术有限公司 锂离子电池负极浆料及其制备方法、负极片和锂离子电池
CN107834023B (zh) * 2017-11-27 2020-04-14 东莞市创明电池技术有限公司 锂离子电池负极浆料及其制备方法、负极片和锂离子电池
CN108203482B (zh) * 2018-01-02 2020-09-15 珠海冠宇电池股份有限公司 负极粘结剂及其制备方法和负极极片的制备方法
CN108203482A (zh) * 2018-01-02 2018-06-26 珠海光宇电池有限公司 负极粘结剂及其制备方法和负极极片的制备方法
CN108417818A (zh) * 2018-02-07 2018-08-17 浙江大学 一种基于硅基材料的锂离子电池负极
CN108306021A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极
CN108417818B (zh) * 2018-02-07 2021-05-07 浙江大学 一种基于硅基材料的锂离子电池负极
CN108306021B (zh) * 2018-02-07 2020-12-29 浙江大学 一种基于硅的锂离子电池负极
CN108470910A (zh) * 2018-03-13 2018-08-31 陕西科技大学 一种交联型复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法
CN108470910B (zh) * 2018-03-13 2021-06-29 陕西科技大学 一种交联型复合粘接剂及其应用和基于其制备的锂离子电池负极材料和制备方法
CN108470884B (zh) * 2018-03-20 2021-07-13 浙江大学 一种水基粘结剂制备的锂离子电池电极
CN108470884A (zh) * 2018-03-20 2018-08-31 浙江大学 一种水基粘结剂制备的锂离子电池电极
CN108832129A (zh) * 2018-06-13 2018-11-16 闽南师范大学 一种电极浆料及制备方法及由其制成的锂离子电池电极
CN108832129B (zh) * 2018-06-13 2021-12-17 闽南师范大学 一种电极浆料及制备方法及由其制成的锂离子电池电极
CN110137497A (zh) * 2019-05-11 2019-08-16 珠海冠宇电池有限公司 一种负极粘结剂及其制备方法及锂离子电池
CN110911644A (zh) * 2019-10-30 2020-03-24 深圳市卓能新能源股份有限公司 一种锂离子正极涂层及锂离子电池
WO2022001428A1 (zh) * 2020-06-29 2022-01-06 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极极片及含该负极极片的二次电池
WO2022121863A1 (zh) * 2020-12-10 2022-06-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及包括该负极片的锂离子电池
WO2023145612A1 (ja) * 2022-01-31 2023-08-03 日本ゼオン株式会社 カーボンナノチューブ分散液、非水系二次電池負極用スラリー、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
CN115820047A (zh) * 2022-11-15 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片及其制备方法、电池及用电装置
CN115820047B (zh) * 2022-11-15 2024-03-15 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极极片及其制备方法、电池及用电装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103985841A (zh) 一种锂离子电池负极及其制备方法
CN110148708B (zh) 一种负极片及锂离子电池
CN114865064A (zh) 一种正极极片和锂离子电池
CN105655592B (zh) 一种基于硅的锂离子电池负极及其制备方法
CN108258236B (zh) 一种高比容量高循环寿命18650圆柱锂电池及其制备方法
CN111261874B (zh) 一种锂离子电池负极及其制备方法和应用
CN106058154A (zh) 一种负极极片，其制备方法及使用该负极的锂离子电池
US20170174872A1 (en) Aqueous composite binder of natural polymer derivative-conducting polymer and application thereof
CN110993884B (zh) 锂离子电池负极浆料、制备方法、负极极片以及电池
CN104362348A (zh) 一种负极电极膜及应用了该电极膜的锂离子电池
CN113725398A (zh) 锂离子电池及其正极极片
CN104347880A (zh) 可快充的锂离子电池
CN113113605B (zh) 一种网络结构离子导电粘合剂及其制备方法和应用
CN105762364A (zh) 电池负电极及其制备方法和锂离子电池
CN111653732A (zh) 一种正极材料、正极极片及锂离子电池
CN114094041A (zh) 一种负极极片及包括该负极极片的电化学装置
CN102368543A (zh) 一种锂离子电池负极及其使用该负极的锂离子电池
CN109957361B (zh) 一种水性粘结剂及二次电池
WO2023123087A1 (zh) 一种水系正极极片及包含该极片的二次电池及用电装置
CN110828779A (zh) 一种锂离子电池负极片及其制备方法、锂离子电池
CN114335900A (zh) 一种隔膜及含有该隔膜的电池
CN112447936A (zh) 一种负极极片及其锂二次电池
CN104282909B (zh) 锂离子电池正极用导电粘结剂、锂离子电池正极及制备方法
CN102306788A (zh) 一种锂离子电池及其负极以及该负极使用的粘结剂
CN108832129A (zh) 一种电极浆料及制备方法及由其制成的锂离子电池电极

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140813

RJ01 Rejection of invention patent application after publication