CN105470476A - 一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，所述负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：25~45%负极活性物质，0.3~5%导电剂，0.3~5%粘结剂，0~2%表面活性剂，0.0001~0.01%锂盐，50~70%水，上述各组分百分含量之和为100%。本发明的锂离子电池负极能有效降低电池的不可逆容量损失，提升电池的能量密度。本发明还提供了一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，易于实现，完全可以规模化运用于锂离子电池的工业化生产。

Description

一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备技术领域，尤其是涉及一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极及其制备方法。
背景技术
目前在锂离子电池的制造过程中直接将正负极片通过隔膜装配在一起，在注液活化后，不可避免的会产生不可逆容量损失。
现有的技术方案将锂离子电池的不可逆容量损失看作为锂离子电池的一种固有属性，通过形成SEI膜，损耗了电池的部分容量，使得首次充放电不可逆容量增加，这严重影响到了电池能量的充分发挥。目前，大量研究表明，负极表面形成的SEI膜是不可逆容量损失的主因。不同类型的负极材料不可逆损失百分比稍有不同，一般来说具有较高比表面积的负极材料，不可逆容量损失较大。虽然目前已经可以通过表面包覆、改善负极颗粒本身表面形貌及形状、优化电解液溶剂组成及使用成膜添加剂等手段来减小不可逆容量损失，但是不可逆容量损失百分比仍较高，如人造石墨10~15%，软碳10~20%等。
例如，申请公布号：CN103682347A，申请公布日2014.03.26的中国专利公开了一种复合锂离子电池负极材料，该复合锂离子电池负极材料主要由以下组分组成：针状焦粉，重量百分比为30%-50%；天然球形石墨粉，重量百分比为20%-30%；各向同性焦粉，重量百分比为15%-25%；沥青焦粉，重量百分比为10%-20%。该负极的不足之处在于：在首次充放电时会增加不可逆容量，影响电池能量的充分发挥。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的锂离子电池负极在首次充放电时会增加不可逆容量，影响电池能量的充分发挥的问题，提供了一种配方优化，能有效降低电池的不可逆容量损失，提升电池的能量密度的降低不可逆容量损失的锂离子电池负极。
本发明还提供了一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，易于实现，完全可以规模化运用于锂离子电池的工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，所述负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：25~45%负极活性物质，0.3~5%导电剂，0.3~5%粘结剂，0~2%表面活性剂，0.0001~0.01%锂盐，50~70%水，上述各组分百分含量之和为100%。本发明对负极的负极浆料配方进行了优化，特别是在负极浆料中添加了锂盐，这些锂盐在负极浆料进行涂布烘烤后，会在负极颗粒表面均匀形成一层或多层的亚稳态SEI膜结构，经过电池充放电活化后，亚稳态SEI膜经重整变得更加稳定，能避免锂离子电池在后续的充放电活化过程中损耗部分锂离子以形成SEI膜，从而达到有效降低电池的不可逆容量损失，提升电池的能量密度的目的。
作为优选，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、复合石墨、软碳、硬碳中的一种或多种。
作为优选，所述导电剂为SP、KS-6、ECP、碳纳米管、气相生长碳纤维中的一种或多种。
作为优选，所述粘结剂为SBR丁苯橡胶或LA133水性粘结剂。
作为优选，所述表面活性剂为羧甲基纤维素钠或聚乙烯吡咯烷酮。
作为优选，所述锂盐为LiOH、Li2CO3、LiF、Li2C2O4、（CH2OCO2Li）2、HCOLi、LiCH2CH2OCO2Li、CH3OCO2Li中的一种或多种。
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极制备方法，具体步骤为：
（1）将锂盐溶于占总水量10~20%的水中，得锂盐溶液，待用。
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶。
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料。
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明对负极的负极浆料配方进行了优化，特别是在负极浆料中添加了锂盐，这些锂盐在负极浆料进行涂布烘烤后，会在负极颗粒表面均匀形成一层或多层的亚稳态SEI膜结构，经过电池充放电活化后，亚稳态SEI膜经重整变得更加稳定，能避免锂离子电池在后续的充放电活化过程中损耗部分锂离子以形成SEI膜，从而达到有效降低电池的不可逆容量损失，提升电池的能量密度的目的；
（2）本发明的制备方法，工艺步骤简单，可操作性强，易于实现，完全可以规模化运用于锂离子电池的工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：25%负极活性物质，1%导电剂，2%粘结剂，1.9999%表面活性剂，0.0001%锂盐，70%水，其中，负极活性物质为人造石墨；导电剂为SP；粘结剂为LA133水性粘结剂；表面活性剂为羧甲基纤维素钠；锂盐为LiOH和Li2CO3（质量比1:1）；
该降低不可逆容量损失的锂离子电池负极通过以下方法制得：
（1）将锂盐溶于占总水量10%的水中，得锂盐溶液，待用；
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶；
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料；
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
实施例2
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：45%负极活性物质，0.3%导电剂，2.69%粘结剂，2%表面活性剂，0.01%锂盐，50%水，其中，负极活性物质为人造石墨和天然石墨（质量比1：1）；导电剂为KS-6和气相生长碳纤维（质量比3:1）；粘结剂为SBR丁苯橡胶；表面活性剂为羧甲基纤维素钠；锂盐为LiOH、Li2CO3和（CH2OCO2Li）2（质量比1:1:1）；
该降低不可逆容量损失的锂离子电池负极通过以下方法制得：
（1）将锂盐溶于占总水量15%的水中，得锂盐溶液，待用；
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶；
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料；
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
实施例3
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：29.995%负极活性物质，0.3~5%导电剂，0.3~5%粘结剂，0.005%锂盐，60%水，其中，负极活性物质为人造石墨和软碳（质量比1:3）；导电剂为SP、KS-6和ECP（质量比1：3：1）；粘结剂为LA133水性粘结剂；锂盐为HCOLi和LiCH2CH2OCO2Li（质量比2：3）；
该降低不可逆容量损失的锂离子电池负极通过以下方法制得：
（1）将锂盐溶于占总水量20%的水中，得锂盐溶液，待用；
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶；
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料；
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
实施例4
一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：35%负极活性物质，0.3%导电剂，0.3%粘结剂，1%表面活性剂，0.01%锂盐，63.39%水，其中，负极活性物质为软碳和硬碳（质量比2:3）；导电剂为SP、ECP和碳纳米管（质量比1：1：1）；粘结剂为SBR丁苯橡胶；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮；锂盐为LiF、Li2C2O4、CH3OCO2Li（质量比1:1:3）；
该降低不可逆容量损失的锂离子电池负极通过以下方法制得：
（1）将锂盐溶于占总水量10%的水中，得锂盐溶液，待用；
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶；
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料；
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
将本发明的锂离子电池负极应用于常规磷酸铁锂电池中，不可逆容量损失百分比可降低至3~5%，相比于人造石墨（不可逆容量损失百分比10~15%），软碳（不可逆容量损失百分比10~20%）等常规负极，效果十分显著。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的负极浆料，其特征在于，所述负极浆料由以下质量百分含量的组分制成：25~45%负极活性物质，0.3~5%导电剂，0.3~5%粘结剂，0~2%表面活性剂，0.0001~0.01%锂盐，50~70%水，上述各组分百分含量之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，其特征在于，所述负极活性物质为人造石墨、天然石墨、复合石墨、软碳、硬碳中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，其特征在于，所述导电剂为SP、KS-6、ECP、碳纳米管、气相生长碳纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，其特征在于，所述粘结剂为SBR丁苯橡胶或LA133水性粘结剂。
5.根据权利要求1所述的一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，其特征在于，所述表面活性剂为羧甲基纤维素钠或聚乙烯吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述的一种降低不可逆容量损失的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂盐为LiOH、Li2CO3、LiF、Li2C2O4、（CH2OCO2Li）2、HCOLi、LiCH2CH2OCO2Li、CH3OCO2Li中的一种或多种。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的降低不可逆容量损失的锂离子电池负极制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将锂盐溶于占总水量10~20%的水中，得锂盐溶液，待用；
（2）将表面活性剂和剩余的水混合均匀后加入导电剂分散均匀形成导电胶；
（3）在导电胶中加入负极活性物质分散后，加入粘结剂和锂盐溶液，搅拌均匀后真空脱泡，得负极浆料；
（4）将负极浆料均匀涂覆于负极集流体表面，烘干，即得锂离子电池负极。
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