CN105428654A - 一种低温性能优异的锂电池负极片 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种低温性能优异的锂电池负极片，主要技术内容为：利用AgNO3腐蚀铜箔获得表面粗糙状的电子集流体，提高负极浆料与箔材间的粘结性及导电性；负极活性材料采用人造石墨与中间相碳微球相的混合型材料，提高电池的放电能力与吸液能力，同时控制两者质量比为7：3～9：1；选用石墨烯﹑CNTs等超导材料来进一步提高材料的导电能力；控制极片的涂布及辊压工艺以保证极片的高导电性能。测试结果表明，电池在低温环境下具有优良的电化学性能。

Description

一种低温性能优异的锂电池负极片
技术领域
本专利涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种低温性能优异的锂电池负极片。
背景技术
锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命、安全稳定等特点，成为新能源技术研究的热点。目前，锂电池已广泛应用于数码产品、能源储能和电动汽车等领域。然而，锂电池在低温放电时存在的内部极化严重和导电率较低等问题，影响了锂离子在负极材料中的脱嵌行为，使得电池低温放电能力较差，甚至放不出电。这种情况极大地限制了锂电池的使用范围，成为锂电池发展及推广应用的重要阻碍。
众所周知，负极材料作为锂电池的重要组成部分，在电池的性能发挥中起到了至关重要的作用。目前，最为常见的石墨型负极材料有天然石墨和人造石墨。天然石墨具有比容量高、吸液能力强等特点，但是其自身石墨化程度低、结构不稳定，循环性能较差。人造石墨具有石墨化程度高、结构稳定、循环性能优异等特点。然而，以单一的人造石墨作为电池的负极材料制作锂电池，并不能改善电池低温放电能力差的情况。
发明内容
本专利以人造石墨和中间相碳微球作为负极主材料，以石墨烯﹑CNTs等超导材料作为导电剂制作出高质量的负极浆料，以表面微腐蚀的电子集流体作为负极浆料载体，经过特殊的涂覆及辊压工艺制作出一种低温性能优异的锂电池负极片。
技术方案如下：
一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征在于，以如下步骤制备：
（1）表面微腐蚀的电子集流体处理：将洁净的铜箔放置平整，用低浓度的AgNO3溶液均匀喷至箔材表面进行微腐蚀，静置0.5～2h后取出集流体，经过乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蚀的负极电子集流体；
（2）导电剂的分散：将超导电剂物质加入无水乙醇中进行超声分散20～60min，获得含导电剂的悬浮液A；
（3）低温改善型锂电池负极浆料的制备：首先按照质量比将人造石墨与中间相碳微球两种活性物质进行物理混合，加入CMC(羧甲基纤维素钠)机械搅拌1～2h得到混合干粉，然后将其缓慢加入去离子水中搅拌2～4h，最后加入SBR和步骤2中的悬浮液A，搅拌1h得到负极浆料B；
（4）低温改善型锂电池负极极片的制作：将上述步骤3中的负极浆料B涂覆至步骤（1）的电子集流体，经过真空干燥、辊压、分切得到负极片。
所述的负极浆料中各种物质占干粉总质量的比例为：活性物质88～96%，CMC1.5～5%，导电剂0.5～5%，SBR的为2%。
步骤（3）所述的人造石墨与中间相碳微球的质量比为（7：3）～（9：1）。
步骤（4）所述的涂覆过程中控制极片双面面密度为110～160g/m2，辊压过程按照极片压实密度1.22～1.50g/cm3进行。
步骤（1）所述的低浓度的AgNO3溶液优选为质量分数为0.25%的AgNO3溶液。
本发明具有以下特点：
（1）利用硝酸银溶液处理铜箔获得表面微腐蚀的电子集流体，能显著提高负极浆料与箔材间的粘结力，同时少量Ag的混入增加了箔材的导电能力；
（2）负极活性物质采用人造石墨与中间相碳微球的混合型材料，前者能够提供电池反应的稳定性环境，后者能够增加电解液的吸液及保液能力，有效的提高电池低温放电的效率；
（3）合理的控制极片涂覆及辊压工艺参数能够有效地缓解电池低温放电时内部极化现象，提高材料导电性和锂离子脱嵌速率，增加电池低温放电容量；
（4）以本专利负极片制作锂离子电池，在-20℃环境中表现出非常优异的低温性能。
附图说明
图1是以实施例1中的样品电池同普通电池的低温放电对比分析图。
具体实施方式
实施例1
（1）取光滑洁净的铜箔放置于平面玻璃上，将质量分数为0.25%的AgNO3溶液均匀喷至箔材上，静置0.5h后取出集流体，经过乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蚀的负极电子集流体；
（2）称取50g石墨烯加至无水乙醇，超声分散20min，制得石墨烯悬浮液；
（3）称取792g人造石墨和88g中间相碳微球进行简单混合，后加入50gCMC搅拌1h，将混合后的干粉缓慢加入去离子水继续搅拌2h，最后依次加入20gSBR、和上述石墨烯溶液,继续搅拌1h得到负极浆料；
（4）将上述步骤（3）的负极浆料涂覆至表面微腐蚀的集流体，真空干燥后，依次进行辊压、分切等步骤制得负极片；其中，涂覆过程中控制极片双面面密度为160g/m2，辊压过程按照极片压实密度1.50g/cm3进行。
将上述步骤（4）的负极片匹配磷酸铁锂正极片，制作圆柱形18650电池，标记为电池A，同时以正常负极片组装相同型号的电池，标记为电池B。
将上述A和B两种电池分别在-20℃进行低温放电测试，设定放电倍率为0.5C,电压下限为2.0V。通过图1的数据可以看出，电池A在-20℃放电容量达到常温容量的90%左右，比电池B的放电率提高了一倍以上，且电池的放电电压平台相对较高。因此，本专利所制备的负极片能有效提高电池的低温放电能力。
实施例2
（1）取光滑洁净的铜箔放置于平面玻璃上，将质量分数为0.25%的AgNO3溶液均匀喷至箔材上，静置2h后取出集流体，经过乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蚀的负极电子集流体；
（2）称取5g石墨烯加至无水乙醇，超声分散60min，制得石墨烯悬浮液；
（3）称取672g人造石墨和288g中间相碳微球进行简单混合，后加入15gCMC搅拌2h，将混合后的干粉缓慢加入去离子水继续搅拌4h，最后依次加入2gSBR和上述石墨烯溶液,继续搅拌1h得到负极浆料；
（4）将上述步骤（3）的负极浆料涂覆至表面微腐蚀的集流体，真空干燥后，依次进行辊压、分切等步骤制得负极片；其中，涂覆过程中控制极片双面面密度为110g/m2，辊压过程按照极片压实密度1.22g/cm3进行。
将上述步骤（4）的负极片匹配磷酸铁锂正极片，制作圆柱形18650电池，在实施例1中相同的测试条件下，电池在-20℃放电容量达到了常温容量的87.5%。

Claims (5)

1.一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征在于，以如下步骤制备：
（1）表面微腐蚀的电子集流体处理：将洁净的铜箔放置平整，用低浓度的AgNO3溶液均匀喷至箔材表面进行微腐蚀，静置0.5～2h后取出集流体，经过乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蚀的负极电子集流体；
（2）导电剂的分散：将超导电剂物质加入无水乙醇中进行超声分散20～60min，获得含导电剂的悬浮液A；
（3）低温改善型锂电池负极浆料的制备：首先按照质量比将人造石墨与中间相碳微球两种活性物质进行物理混合，加入CMC(羧甲基纤维素钠)机械搅拌1～2h得到混合干粉，然后将其缓慢加入去离子水中搅拌2～4h，最后加入SBR和步骤2中的悬浮液A，搅拌1h得到负极浆料B；
（4）低温改善型锂电池负极极片的制作：将上述步骤3中的负极浆料B涂覆至步骤（1）的电子集流体，经过真空干燥、辊压、分切得到负极片。
2.根据权利要求书1中所述的一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征是，所述的负极浆料中各种物质占干粉总质量的比例为：活性物质88～96%，CMC1.5～5%，导电剂0.5～5%，SBR的为2%。
3.根据权利要求书1中所述的一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征是，步骤（3）所述的人造石墨与中间相碳微球的质量比为（7：3）～（9：1）。
4.根据权利要求书1中所述的一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征是，步骤（4）所述的涂覆过程中控制极片双面面密度为110～160g/m2，辊压过程按照极片压实密度1.22～1.50g/cm3进行。
5.根据权利要求书1中所述的一种低温性能优异的锂电池负极片，其特征是，步骤（1）所述的低浓度的AgNO3溶液优选为质量分数为0.25%的AgNO3溶液。
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