負極極片及鋰離子電池的製作方法

2024-01-29 15:09:15 1

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種負極極片及鋰離子電池。

背景技術：

隨著鋰離子電池的普及程度越來越高，應用範圍越來越廣，人們普遍對鋰離子電池的低溫性能、功率性能以及快速充電能力提出了更高的要求。一般來說要解決這樣的問題通常有兩種方案。一種方案是更換電化學體系的設計，包括正極片、負極片、電解液。但是關鍵材料的重新設計涉及到大量工藝技術的匹配，項目開發過程漫長，人力成本投入高，風險很大。另一種方案是降低極片活性物質的塗布重量以及壓實密度。但是降低活性物質的塗布重量以及壓實密度很大程度上犧牲了電池的能量密度。

技術實現要素：

鑑於背景技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種負極極片及鋰離子電池，其能迅速改善鋰離子電池的低溫性能、功率性能以及大電流快充充電循環性能。

為了達到上述目的，在本發明的一方面，本發明提供了一種負極極片，其包括：負極集流體；以及負極膜片，形成於所述負極集流體的一側或兩側。所述負極膜片包括：內側活性物質層，位於所述負極集流體上並與所述負極集流體相鄰，包含能夠脫嵌鋰離子的負極活性物質；以及外側功能層，位於所述內側活性物質層上且位於所述負極膜片的最遠離所述負極集流體的一側，所述外側功能層包括superp以及粘結劑，且不包含能夠脫嵌鋰離子的負極活性物質。

在本發明的另一方面，本發明提供了一種鋰離子電池，其包括根據本發明一方面所述的負極極片。

相對於現有技術，本發明的有益效果為：

本發明的負極極片改善了極片界面電子傳導與離子傳導，改善了負極極片的孔道分布，因此能在基本不犧牲能量密度的情況下很大程度提高鋰離子電池的低溫性能、功率性能以及大電流快充充電循環性能。

本發明的負極極片的製備方法簡單、成本低廉、易於量產，有極大的經濟效益。

本發明的負極極片適用於高功率電芯以及有快充需求的電芯。

附圖說明

圖1為本發明的負極極片的結構示意圖，其中，1為負極集流體，2為內側活性物質層，3為外側功能層。

圖2為實施例1-5與對比例1-3的鋰離子電池的循環測試曲線。

圖3為實施例1-5與對比例1-3的鋰離子電池的低溫放電直流電阻。

具體實施方式

下面詳細說明根據本發明的負極極片及鋰離子電池。

首先說明根據本發明第一方面的負極極片。

參照圖1，根據本發明第一方面的負極極片，包括：負極集流體1；以及負極膜片，形成於所述負極集流體的一側或兩側。所述負極膜片包括：內側活性物質層2，位於所述負極集流體1上並與所述負極集流體1相鄰，包含能夠脫嵌鋰離子的負極活性物質；以及外側功能層3，位於所述內側活性物質層2上且位於所述負極膜片的最遠離所述負極集流體1的一側，所述外側功能層3包括superp以及粘結劑，且不包含能夠脫嵌鋰離子的負極活性物質。負極集流體1是用於傳輸電荷的導體，可為銅等金屬箔。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，外側功能層3中的superp是鋰離子電池常用的導電劑，其與活性材料有很好的接觸性能和電子傳導性能，因此外側功能層3能有效改善極片界面電子傳導，從而提高鋰離子電池的動力學性能。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，superp的表面具有較高的活性，具有很好的電解液浸潤性，相比活性材料其吸收電解液的能力更強，因 此外側功能層3還能有效改善極片界面離子傳導，從而提高鋰離子電池的動力學性能。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，對傳統的負極極片來說，含有石墨負極活性物質的活性物質層在過輥冷壓時由於壓力傳導不均衡導致極片接近表面層的地方過壓，從而孔道大量壓死，在大倍率電流下的極化增大。而superp是無定形碳材料，硬度高，在過輥冷壓時可緩衝壓力傳導，改善負極極片的孔道結構，降低大倍率電流下的液相極化，從而提高鋰離子電池的動力學性能。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述外側功能層3中的粘結劑選自羧甲基纖維素鈉(cmc)、la水性粘結劑以及sbr中的一種或幾種。所述la水性粘結劑可為la-133。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，superp在所述外側功能層3中的重量百分比為40％～69％。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述外側功能層3可包括superp、cmc以及la-133，三者的重量百分比為(40％～69％):(1％～10％):(30％～50％)。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述外側功能層3可包括superp、cmc以及sbr，三者的重量百分比為(40％～69％):(1％～10％):(30％～50％)。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述外側功能層3的厚度為0.2μm～10μm。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述負極活性物質至少包含石墨。具體地，所述負極活性物質可選自石墨。或者所述負極活性物質可選自：石墨；以及矽基氮化物、矽基氧化物、矽基滷化物、矽基合金、錫基氮化物、錫基氧化物、錫基滷化物、錫基合金、鈦基氮化物、鈦基氧化物、鈦基合金中的一種或幾種。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述負極膜片包括至少一層內側活性物質層2。

在根據本發明第一方面所述的負極極片中，所述內側活性物質層2還包含粘結劑以及導電劑。所述粘結劑可選自羧甲基纖維素鈉(cmc)、la水 性粘結劑以及sbr中的一種或幾種。所述la水性粘結劑可為la-133。所述導電劑可選自superp、導電炭黑等。

其次說明根據本發明第二方面的鋰離子電池。

根據本發明第二方面的鋰離子電池，包括根據本發明第一方面所述的負極極片。

下面結合實施例，進一步闡述本申請。應理解，這些實施例僅用於說明本申請而不用於限制本申請的範圍。

實施例1

(1)負極極片的製備：將負極活性物質石墨、cmc、superp、la-133按重量比94.5％:2％:0.4％:3.1％加入去離子水中混合併攪拌均勻，得到具有一定流動性的活性物質層漿料，將該漿料均勻塗布在負極集流體(厚度為9μm的電解銅箔)的兩面，烘乾後形成內側活性物質層。將superp、cmc、la-133按重量比65％:2％:33％加入去離子水中混合併攪拌均勻，得到具有一定流動性的功能層漿料，將該漿料均勻塗布在內側活性物質層的表面，厚度為2μm，烘乾冷壓後製成負極極片。

(2)正極極片的製備：將ncm333、superp、聚偏氟乙烯(pvdf)按重量比94％:3％:3％加入到n-甲基吡咯烷酮(nmp)中混合併攪拌均勻，得到具有一定流動性的正極漿料，將正極漿料均勻塗布在正極集流體(厚度為14μm的鋁箔)上，烘乾冷壓後製成正極極片。

(3)電解液的製備：將有機溶劑碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)和碳酸甲乙酯(emc)按質量比ec:dmc:emc＝3:5:2的比例混合；電解液用鋰鹽為lipf6，濃度為1.0mol/l。

(4)隔離膜的製備：採用材質主要為pe的鋰離子電池用隔離膜，厚度為20μm。

(5)鋰離子電池的製備：將上述正極極片、負極極片以及隔離膜依次疊加後得到電芯，注入電解液，經化成等工序後製得鋰離子電池。

實施例2-5以及對比例1-3的鋰離子電池的製備過程除表1中的參數不同外，製備過程與實施例1相同，此處不再贅述。

表1實施例1-5以及對比例1-3的參數

接下來說明鋰離子電池的性能測試過程。

(1)將實施例1-5與對比例1-3製得的鋰離子電池在恆溫恆流條件下進行充放電循環測試。測試過程溫度恆定為25℃，進行3c/3c(即3c充電，3c放電)充放電循環。

(2)將實施例1-5與對比例1-3製得的鋰離子電池在低溫-20℃進行脈衝放電測試，測試條件為放電電流5c，放電時間10s。

圖2為實施例1-5與對比例1-3的鋰離子電池的循環測試曲線。圖3為實施例1-5與對比例1-3的鋰離子電池的低溫放電直流電阻(dcr)值。結果表明，實施例1-5的鋰離子電池在3c電流下的循環性能要遠遠優於對比例1-3。實施例1-5的鋰離子電池在低溫放電下的直流電阻大幅度減小，意味著鋰離子電池的低溫性能、功率性能得到大幅提高。