CN110323409B - 一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极及其制备方法，属于锂离子电池技术领域；具体方案如下：一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层和短涂膏层的负极浆料不同。本发明通过两次涂布工艺，在负极集流体两侧分别涂覆不同类别的负极浆料来控制高电压电池负极极片长涂膏层与短涂膏层的吸液性能与动力学性能，特别是改善了长涂膏层与负极集流体间的极化效应，从而提高了高电压电池的循环性能，减轻负极单涂膏层的析锂风险。

Description

一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极及其制备方法。
背景技术
高电压锂离子电池在充放电过程中存在容量衰减快、循环寿命短、厚度膨胀率大、容易析锂等不足，使得高电压锂离子电池的应用受到严重限制。
发明内容
本发明的目的是为了改善高电压锂离子电池的循环性能，减轻负极涂膏面的析锂风险，本发明提供了一种改善高电压循环性能的锂离子电池的制备方法种。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层由负极主材、高比表面积导电剂、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成，所述短涂膏层由负极主材、硅碳、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成。
进一步的，所述高比表面积导电剂的比表面积为180～800m2/g。
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的高比表面积导电剂，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂中制成负极浆料A，将负极浆料A涂覆在负极集流体的长涂膏面上；
步骤二：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的硅碳，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂中制成负极浆料B，将负极浆料B涂覆在负极集流体的短涂膏面上；
步骤三：将涂覆负极浆料A和负极浆料B的负极集流体，干燥除去溶剂得到涂布长涂膏层和短涂膏层的负极集流体，经辊压、分切、制片得到锂离子电池负极。
进一步的，步骤一中，所述负极浆料A的具体配置方法为：(1)将15％～65％的所述CMC和所述高比表面积导电剂提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入20％～30％的所述负极主材和5％～15％的所述CMC分散均匀；(3)加入25％～30％的所述负极主材和5％～15％的所述CMC分散均匀；(4)加入25％～30％的所述负极主材和5％～75％的所述CMC分散均匀；(5)加入10％～30％的所述负极主材分散均匀；(6)最后一步将所述SBR全部加入分散均匀，制得负极浆料A。
进一步的，步骤二中，所述负极浆料B的具体配置方法为：(1)将10％～40％的所述CMC和所述硅碳提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入20％～30％的所述负极主材和10％～15％的所述CMC分散均匀；(3)加入25％～30％的所述负极主材和10％～15％的所述CMC分散均匀；(4)加入25％～30％的所述负极主材和30％～70％的所述CMC分散均匀；(5)加入10％～30％的所述负极主材分散均匀；(6)最后一步将所述SBR全部加入分散均匀，制得负极浆料B。
进一步的，步骤一中，所述长涂膏面涂覆负极浆料A的厚度为160-250μm。
进一步的，步骤二中，所述短涂膏面涂覆负极浆料B的厚度为160-250μm。
进一步的，所述负极浆料A和负极浆料B中的CMC的固含量均为1.3％～1.9％。
进一步的，所述负极浆料A和负极浆料B中的溶剂均为去离子水。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明通过两次涂布工艺，在负极集流体两侧分别涂覆不同类别的负极浆料来控制高电压电池负极极片长涂膏层与短涂膏层的吸液性能与动力学性能，特别是改善了长涂膏层与负极集流体间的极化效应，从而提高了高电压电池的循环性能，减轻负极单涂膏层的析锂风险。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
以下具体实施方式中涉及到的“负极主材”、“导电剂”均为锂离子电池中的常规材料；所涉及到的“干燥、辊压、分切、制片”均为本领域制备锂离子电池常规的技术手段。
具体实施方式一
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层由负极主材、高比表面积导电剂、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成，所述短涂膏层由负极主材、硅碳、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成。
进一步的，所述高比表面积导电剂的比表面积范围为180～800m2/g。
具体实施方式二
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的高比表面积导电剂，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂去离子水中制成负极浆料A，将负极浆料A涂覆在负极集流体的长涂膏面上，涂覆厚度为160-250μm；
步骤二：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的硅碳，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂去离子水中制成负极浆料B，将负极浆料B涂覆在负极集流体的短涂膏面上，涂覆厚度为160-250μm；
步骤三：将涂覆负极浆料A和负极浆料B的负极集流体，干燥除去溶剂去离子水得到涂布长涂膏层和短涂膏层的负极集流体，经辊压、分切、制片得到锂离子电池负极。
进一步的，所述负极浆料A和负极浆料B中的CMC的固含量均为1.3％～1.9％。
集流体两侧的涂膏面尺寸有长短之分，尺寸长的定义为长涂膏面，尺寸短的定义为短涂膏面；长涂膏面涂覆负极浆料A，干燥除去溶剂后得到长涂膏层；短涂膏面涂覆负极浆料B，干燥除去溶剂后得到短涂膏层。
具体实施方式三
具体实施方式二中所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，步骤一中：所述负极浆料A的具体配置方法为：(1)将所述CMC总质量的15％～65％和全部所述高比表面积导电剂提前预混均匀分散到溶剂去离子水中；(2)然后加入所述负极主材总质量的20％～30％和所述CMC总质量的5％～15％，分散均匀；(3)然后加入所述负极主材总质量的25％～30％和所述CMC总质量的5％～15％，分散均匀；(4)然后加入所述负极主材总质量的25％～30％和所述CMC总质量的5％～75％，分散均匀；(5)然后加入所述负极主材总质量的10％～30％，分散均匀；(6)最后一步将全部所述SBR加入，分散均匀，制得负极浆料A。
具体实施方式四
具体实施方式二中所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，步骤二中：所述负极浆料B的具体配置方法为：(1)将所述CMC总质量的10％～40％和全部所述硅碳提前预混均匀分散到溶剂去离子水中；(2)然后加入所述负极主材总质量的20％～30％和所述CMC总质量的10％～15％，分散均匀；(3)然后加入所述负极主材总质量的25％～30％和所述CMC总质量的10％～15％，分散均匀；(4)然后加入所述负极主材总质量的25％～30％和所述CMC总质量的30％～70％，分散均匀；(5)然后加入所述负极主材总质量的10％～30％，分散均匀；(6)最后一步将全部所述SBR加入分散均匀，制得负极浆料B。
实施例1
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层由负极主材、高比表面积导电剂(比表面积为180m2/g)、CMC和SBR按照96.8％：0.6％：1.4％：1.2％的质量百分比组成，所述短涂膏层由负极主材、硅碳、CMC和SBR按照96.8％：0.6％：1.4％：1.2％的质量百分比组成。
上述锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将质量百分比为96.8％的负极主材，0.6％的高比表面积导电剂，1.4％的CMC和1.2％的SBR均匀分散在溶剂去离子水中制成负极浆料A，将负极浆料A涂覆在负极集流体的长涂膏面上，涂覆厚度为160μm；
步骤二：将质量百分比为96.8％的负极主材，0.6％的硅碳，1.4％的CMC和1.2％的SBR均匀分散在溶剂去离子水中制成负极浆料B，将负极浆料B涂覆在负极集流体的短涂膏面上，涂覆厚度为160μm；
步骤三：将涂覆负极浆料A和负极浆料B的负极集流体，干燥除去溶剂去离子水得到涂布长涂膏层和短涂膏层的负极集流体，经辊压、分切、制片得到锂离子电池负极。
将上述负极和正极配合卷绕→封装→烘烤注液→化成→二封→分选得到锂离子电池，所述辊压→分切→制片→卷绕→封装→烘烤注液→化成→二封→分选，均采用本领域常规技术手段。
其中，负极浆料A的具体制备方法为：(1)将所述CMC总质量的45％和全部所述高比表面积导电剂提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(3)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(4)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的25％，分散均匀；(5)然后加入所述负极主材总质量的25％，分散均匀；(6)最后一步将SBR全部加入，分散均匀，制得负极浆料A。
其中，负极浆料B的具体制备方法为：(1)将所述CMC总质量的25％和全部所述硅碳提前预混均匀分散到溶剂去离子水中；(2)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(3)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(4)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的45％，分散均匀；(5)然后加入所述负极主材总质量的25％，分散均匀；(6)最后一步将全部所述SBR加入分散均匀，制得负极浆料B。
实施例2
本实施例中导电剂选择比表面积为280m2/g的导电剂，其余同实施例1。
对比例1
一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层和短涂膏层均由负极主材、常规导电剂(比表面积为80m2/g)、CMC和SBR按照96.8％：0.6％：1.4％：1.2％的质量百分比组成。
上述锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：在负极集流体长涂膏面上涂覆一层厚度为160μm负极浆料C，
步骤一：将质量百分比为96.8％的负极主材，0.6％的常规导电剂(比表面积为80m2/g)、1.4％的CMC和1.2％的SBR均匀分散在溶剂去离子水中制成负极浆料C，将负极浆料C涂覆在负极集流体的长涂膏面上，涂覆厚度为160μm；
步骤二：将负极浆料C涂覆在负极集流体的短涂膏面上，涂覆厚度为160μm；
步骤三：将涂覆负极浆料C的负极集流体，干燥除去溶剂去离子水得到涂布长涂膏层和短涂膏层的负极集流体，经辊压、分切、制片得到锂离子电池负极。
将上述负极和正极配合卷绕→封装→烘烤注液→化成→二封→分选得到锂离子电池，所述辊压→分切→制片→卷绕→封装→烘烤注液→化成→二封→分选，均采用本领域常规技术手段。
其中，负极浆料C的具体制备方法为：(1)将所述CMC总质量的45％和全部所述常规导电剂(比表面积为80m2/g)提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(3)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的15％，分散均匀；(4)然后加入所述负极主材总质量的25％和所述CMC总质量的25％，分散均匀；(5)然后加入所述负极主材总质量的25％，分散均匀；(6)最后一步将SBR全部加入，分散均匀，制得负极浆料C。
Figure GDA0002651076820000081
在一定范围内，适当增加长涂膏面的导电剂比表面积，同时短涂膏面采用硅碳作导电剂，可以改善高电压锂离子电池的循环性能。

Claims (9)

1.一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，包括负极集流体和负极涂层，其特征在于：所述负极涂层包括长涂膏层和短涂膏层，所述长涂膏层间隙涂布在负极集流体的一个表面上，所述短涂膏层间隙涂布在负极集流体的另一个表面上，所述长涂膏层由负极主材、高比表面积导电剂、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成，所述短涂膏层由负极主材、硅碳、CMC和SBR按照96.1％～97.3％：0.5％～1.0％：1.2％～1.5％：1.0％～1.4％的质量百分比组成。
2.根据权利要求1所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极，其特征在于：所述高比表面积导电剂的比表面积为180～800m2/g。
3.一种权利要求1或2所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的高比表面积导电剂，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂中制成负极浆料A，将负极浆料A涂覆在负极集流体的长涂膏面上；
步骤二：将质量百分比为96.1％～97.3％的负极主材，0.5％～1.0％的硅碳，1.2％～1.5％的CMC和1.0％～1.4％的SBR均匀分散在溶剂中制成负极浆料B，将负极浆料B涂覆在负极集流体的短涂膏面上；
步骤三：将涂覆负极浆料A和负极浆料B的负极集流体，干燥除去溶剂得到涂布长涂膏层和短涂膏层的负极集流体，经辊压、分切、制片得到锂离子电池负极。
4.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述负极浆料A的具体配置方法为：(1)将15％～65％的所述CMC和所述高比表面积导电剂提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入20％～30％的所述负极主材和5％～15％的所述CMC分散均匀；(3)加入25％～30％的所述负极主材和5％～15％的所述CMC分散均匀；(4)加入25％～30％的所述负极主材和5％～75％的所述CMC分散均匀；(5)加入10％～30％的所述负极主材分散均匀；(6)最后一步将所述SBR全部加入分散均匀，制得负极浆料A。
5.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述负极浆料B的具体配置方法为：(1)将10％～40％的所述CMC和所述硅碳提前预混均匀分散到溶剂中；(2)然后加入20％～30％的所述负极主材和10％～15％的所述CMC分散均匀；(3)加入25％～30％的所述负极主材和10％～15％的所述CMC分散均匀；(4)加入25％～30％的所述负极主材和30％～70％的所述CMC分散均匀；(5)加入10％～30％的所述负极主材分散均匀；(6)最后一步将所述SBR全部加入分散均匀，制得负极浆料B。
6.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述长涂膏面涂覆负极浆料A的厚度为160-250μm。
7.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述短涂膏面涂覆负极浆料B的厚度为160-250μm。
8.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述负极浆料A和负极浆料B中的CMC的固含量均为1.3％～1.9％。
9.根据权利要求3所述的一种改善高电压循环性能的锂离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述负极浆料A和负极浆料B中的溶剂均为去离子水。
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