一種鋰離子電池負(fù)極及使用該種負(fù)極的鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池負(fù)極和使用該種負(fù)極的鋰離子電池。所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體、負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。本發(fā)明提供的鋰離子電池負(fù)極是在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)向負(fù)極極片中加入鋰型分子篩，用以吸收電池中的水分，從而有效減少HF的產(chǎn)生，減少HF對(duì)SEI膜或活性材料的破壞，減少電池鼓脹，提高循環(huán)壽命；同時(shí)該鋰型分子篩還能夠起到鋰離子導(dǎo)體的作用，改善電極的離子導(dǎo)電性。工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有重大的實(shí)踐意義。
【專利說(shuō)明】一種鋰離子電池負(fù)極及使用該種負(fù)極的鋰離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別是涉及一種鋰離子電池負(fù)極及使用該種負(fù)極的鋰離子電池。
【背景技術(shù)】[0002]手機(jī)、電腦等終端對(duì)鋰離子電池的能量密度要求日益提高，能量密度更高的硅類材料逐漸得到關(guān)注。硅能量密度約3500mAh/g，而碳的能量密度約372mAh/g，但純硅的體積膨脹達(dá)300%，顯著高于石墨的體積膨脹30%左右。研究表明，將單質(zhì)硅顆粒分散在氧化亞硅SiO中能夠有效降低材料的體積膨脹至150%，基本滿足鋰離子電池的性能要求。
[0003]在鋰離子電池中，負(fù)極與電解液界面會(huì)形成一層固體電解質(zhì)膜，又稱作SEI膜，其主要成分有無(wú)機(jī)鋰鹽Li20、Li2C03、LiF和有機(jī)鋰化合物等。SEI膜能夠保護(hù)負(fù)極活性物質(zhì)，對(duì)鋰離子電池的循環(huán)壽命有重要影響。
[0004]極片和電解液的微量水分與六氟磷鋰等含氟鋰鹽反應(yīng)生成HF，HF會(huì)溶解Li20、Li2CO3、有機(jī)鋰化合物，破壞SEI膜，引起電池鼓脹，縮短循環(huán)壽命。同時(shí)HF對(duì)SiO和硅酸鋰鹽有腐蝕作用，使含硅鋰離子電池的性能變差。因此，不管是碳類還是硅類負(fù)極材料電池，都要嚴(yán)格控制其水分和HF含量。
[0005]控制電池水分和HF的方法有:(I)控制電解液來(lái)料水分和HF含量，例如小于30ppm。(2)加熱烘烤去除極片水分，例如小于500ppm。由于極片水分明顯高于電解液，更重要的是控制和解決極片中的水分對(duì)電池的影響，然而電池一旦完成注液和封口后，水分就會(huì)不受外界控制地溶解到電解液，緩慢反應(yīng)并產(chǎn)生HF酸，直接影響電池的性能。然而，進(jìn)一步降低注液前極片中的水分，需要投入大量的設(shè)備、能源和工時(shí)，增加了電池的制作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種鋰離子電池負(fù)極，在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，在不影響能量密度和成本的基礎(chǔ)上，通過(guò)向負(fù)極中加入適量分子篩，抑制電池注液封口后水分反應(yīng)生成HF的過(guò)程，從而達(dá)到改善電池循環(huán)的目的。
[0007]為此，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池負(fù)極，所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體、負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。
[0008]優(yōu)選的，所述分子篩為鋰型分子篩。
[0009]優(yōu)選的，所述鋰型分子篩的重量比為0.5%_5%。
[0010]優(yōu)選的，所述鋰型分子篩其鋰離子占孔中陽(yáng)離子總量的百分比為60%_100%。
[0011]優(yōu)選的，所述負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的重量比為:
80-94.5:0.5-5:2-5:3-10。
[0012]優(yōu)選的，所述負(fù)極活性物質(zhì)包含由硅、硅氧化合物、硅合金、碳組成的組中的至少一種。
[0013]優(yōu)選的,所述碳為天然石墨、人造石墨、硬碳、軟碳、中間相石墨中的一種。[0014]一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液，所述負(fù)極為上述任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池負(fù)極。
[0015]由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明提供的鋰離子電池負(fù)極是在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)向負(fù)極極片中加入鋰型分子篩，用以吸收電池中的水分，從而有效減少HF的產(chǎn)生，減少HF對(duì)SEI膜或活性材料的破壞，減少電池鼓脹，提高循環(huán)壽命；同時(shí)該鋰型分子篩還能夠起到鋰離子導(dǎo)體的作用，改善電極的離子導(dǎo)電性。工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，具有重大的實(shí)踐意義。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
一種鋰離子電池負(fù)極，所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體、負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電齊U、粘結(jié)劑。
[0017]所述分子篩為鋰型分子篩。
[0018]所述鋰型分子篩的重量比為0.5%_5%。
[0019]所述鋰型分子篩其鋰離子占孔中陽(yáng)離子總量的百分比為60%_100%。
[0020]所述負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的重量比為:80-94.5:0.5-5:2-5:3-10。
[0021 ] 所述負(fù)極活性物質(zhì)包含由硅、硅氧化合物、硅合金、碳組成的組中的至少一種。
[0022]所述碳為天然石墨、人造石墨、硬碳、軟碳、中間相石墨中的一種。
[0023]一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液，所述負(fù)極為上述任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池負(fù)極。
[0024]由于本發(fā)明的改進(jìn)之處只涉及鋰離子電池的負(fù)極，因此在本發(fā)明提供的鋰離子電池中，對(duì)電池的正極、隔膜、電解液沒(méi)有特別的限制，可以使用可在鋰離子電池中使用的所有類型的正極、隔膜、電解液。
[0025]鋰型分子篩其鋰離子占孔中陽(yáng)離子總量的百分比，稱為鋰化效率。
[0026]下面將通過(guò)實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明:
實(shí)施例1
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將47.7g導(dǎo)電劑SP和63.6g鋰型分子篩加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入2.957kg石墨,真空度低于80kPa條件下,低速35rpm,高速3000rpm,分散3小
時(shí)；
(4)加入固體含量50%的127.2g 丁苯橡膠(SBR)乳液和1486g去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到包含2被％鋰型分子篩的負(fù)極極片；
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。
[0027]實(shí)施例2
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將47.7g導(dǎo)電劑SP和119.3g鋰型分子篩加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入2.1lOkg石墨，真空度低于80kPa條件下，低速35rpm,高速3000rpm,分散3小
時(shí)；
(4)加入固體含量50%的119.3g 丁苯橡膠(SBR)乳液和0.518kg去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到包含5被％鋰型分子篩的負(fù)極極片；
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。
[0028]實(shí)施例3
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將47.7g導(dǎo)電劑SP和15.9g鋰型分子篩加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入3.005kg石墨,真空度低于80kPa條件下,低速35rpm,高速3000rpm,分散3小
時(shí)；
(4)加入固體含量50%的127.2g 丁苯橡膠(SBR)乳液和1.486kg去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到包含0.5wt%鋰型分子篩的負(fù)極極片；
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。
[0029]實(shí)施例4
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將47.7g導(dǎo)電劑SP和47.7g鋰型分子篩加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入2.170kg娃碳活性物質(zhì),真空度低于80kPa條件下，低速35rpm,高速3000rpm,分散3小時(shí)；
(4)加入固體含量50%的95.4gSBR乳液和0.530kg去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到包含鋰型分子篩的負(fù)極極
片;
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。
[0030]比較例I
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將47.7g導(dǎo)電劑SP加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下，低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入3.021kg石墨，真空度低于80kPa條件下，低速35rpm,高速3000rpm,分散3小
時(shí)；
(4)加入固體含量50%的127.2g 丁苯橡膠(SBR)乳液和1.487kg去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到不包含鋰型分子篩的負(fù)極極片；
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。
[0031]比較例2
(1)將47.7g羧甲基纖維素鈉和2.339kg去離子水加入到行星混漿機(jī)中，真空度低于80kPa條件下,低速30rpm,高速2000rpm,分散3小時(shí),制成2%的羧甲基纖維素鈉溶液；
(2)將71.6g導(dǎo)電劑SP加入到所制的羧甲基纖維素鈉溶液中，攪拌均勻，真空度低于80kPa條件下，低速30rpm,高速3000rpm,分散I小時(shí)；
(3)加入2.218kg娃碳活性物質(zhì),真空度低于80kPa條件下,低速35rpm,高速3000rpm,分散3小時(shí)；
(4)加入固體含量50%的95.4gSBR乳液和0.530kg去離子水，真空度低于80kPa條件下，低速40rpm,高速500rpm,分散I小時(shí)；
(5)以上漿料用200目篩網(wǎng)過(guò)篩后，進(jìn)行涂膜、壓切，即得到包含鋰型分子篩的負(fù)極極
片;
(6)將鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電劑SP、粘結(jié)劑PVDF以質(zhì)量比95:2.5:2.5的比例混合均勻，涂覆在鋁箔上，烘烤后制片，即得到正極片；
(7)將正極片、隔膜、負(fù)極片卷繞后，裝入鋁塑包裝膜，烘烤注液并封口后，即得到鋰離子電池。[0032]實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、比較例1、比較例2的鋰離子電池測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
[0033]表1
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述鋰離子電池負(fù)極包括集流體、負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述分子篩為鋰型分子篩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述鋰型分子篩的重量比為 0.5%-5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述鋰型分子篩其鋰離子占孔中陽(yáng)離子總量的百分比為60%-100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述負(fù)極活性物質(zhì)、分子篩、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的重量比為:80-94.5:0.5-5:2-5:3-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述負(fù)極活性物質(zhì)包含由硅、硅氧化合物、硅合金、碳組成的組中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰離子電池負(fù)極，其特征在于:所述碳為天然石墨、人造石墨、硬碳、軟碳、中間相石墨中的一種。
8.—種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液，其特征在于:所述負(fù)極為權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的負(fù)極。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK103887515SQ201410157258
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月20日
【發(fā)明者】郭春泰, 劉靜, 高秀玲, 申津婧, 張敏, 曹建坤 申請(qǐng)人:天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司