一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片的制作方法
【技術領域】
[0001]本專利涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池由于具有高能量密度、長循環(huán)壽命、安全穩(wěn)定等特點，成為新能源技術研究的熱點。目前，鋰電池已廣泛應用于數(shù)碼產(chǎn)品、能源儲能和電動汽車等領域。然而，鋰電池在低溫放電時存在的內部極化嚴重和導電率較低等問題，影響了鋰離子在負極材料中的脫嵌行為，使得電池低溫放電能力較差，甚至放不出電。這種情況極大地限制了鋰電池的使用范圍，成為鋰電池發(fā)展及推廣應用的重要阻礙。
[0003]眾所周知，負極材料作為鋰電池的重要組成部分，在電池的性能發(fā)揮中起到了至關重要的作用。目前，最為常見的石墨型負極材料有天然石墨和人造石墨。天然石墨具有比容量高、吸液能力強等特點，但是其自身石墨化程度低、結構不穩(wěn)定，循環(huán)性能較差。人造石墨具有石墨化程度高、結構穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)異等特點。然而，以單一的人造石墨作為電池的負極材料制作鋰電池，并不能改善電池低溫放電能力差的情況。

【發(fā)明內容】

[0004]本專利以人造石墨和中間相碳微球作為負極主材料，以石墨烯、CNTs等超導材料作為導電劑制作出高質量的負極漿料，以表面微腐蝕的電子集流體作為負極漿料載體，經(jīng)過特殊的涂覆及輥壓工藝制作出一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片。
[0005]技術方案如下:
一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征在于，以如下步驟制備:
(1)表面微腐蝕的電子集流體處理:將潔凈的銅箔放置平整，用低濃度的AgN03溶液均勻噴至箔材表面進行微腐蝕，靜置0.5?2h后取出集流體，經(jīng)過乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蝕的負極電子集流體；
(2)導電劑的分散:將超導電劑物質加入無水乙醇中進行超聲分散20?60min，獲得含導電劑的懸浮液A ；
(3)低溫改善型鋰電池負極漿料的制備:首先按照質量比將人造石墨與中間相碳微球兩種活性物質進行物理混合，加入CMC (羧甲基纖維素鈉)機械攪拌1?2h得到混合干粉，然后將其緩慢加入去離子水中攪拌2?4h，最后加入SBR和步驟2中的懸浮液A，攪拌lh得到負極漿料B;
(4)低溫改善型鋰電池負極極片的制作:將上述步驟3中的負極漿料B涂覆至步驟(1)的電子集流體，經(jīng)過真空干燥、輥壓、分切得到負極片。
[0006]所述的負極漿料中各種物質占干粉總質量的比例為:活性物質88?96%，CMC1.5?5%，導電劑0.5?5%，SBR的為2%。
[0007]步驟(3)所述的人造石墨與中間相碳微球的質量比為(7:3)?(9:1)。
[0008]步驟(4)所述的涂覆過程中控制極片雙面面密度為110?160 g/m2，輥壓過程按照極片壓實密度1.22?1.50g/cm3進行。
[0009]步驟(1)所述的低濃度的AgN03溶液優(yōu)選為質量分數(shù)為0.25%的AgNO 3溶液。
[0010]本發(fā)明具有以下特點:
(1)利用硝酸銀溶液處理銅箔獲得表面微腐蝕的電子集流體，能顯著提高負極漿料與箔材間的粘結力，同時少量Ag的混入增加了箔材的導電能力；
(2)負極活性物質采用人造石墨與中間相碳微球的混合型材料，前者能夠提供電池反應的穩(wěn)定性環(huán)境，后者能夠增加電解液的吸液及保液能力，有效的提高電池低溫放電的效率;
(3)合理的控制極片涂覆及輥壓工藝參數(shù)能夠有效地緩解電池低溫放電時內部極化現(xiàn)象，提高材料導電性和鋰離子脫嵌速率，增加電池低溫放電容量；
(4)以本專利負極片制作鋰離子電池，在-20°C環(huán)境中表現(xiàn)出非常優(yōu)異的低溫性能。
【附圖說明】
[0011]圖1是以實施例1中的樣品電池同普通電池的低溫放電對比分析圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
(1)取光滑潔凈的銅箔放置于平面玻璃上，將質量分數(shù)為0.25%的AgN03溶液均勻噴至箔材上，靜置0.5h后取出集流體，經(jīng)過乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蝕的負極電子集流體；
(2)稱取50g石墨稀加至無水乙醇，超聲分散20min，制得石墨稀懸浮液；
(3)稱取792g人造石墨和88g中間相碳微球進行簡單混合，后加入50gCMC攪拌lh，將混合后的干粉緩慢加入去離子水繼續(xù)攪拌2h，最后依次加入20gSBR、和上述石墨烯溶液，繼續(xù)攪拌lh得到負極楽料；
(4)將上述步驟(3)的負極漿料涂覆至表面微腐蝕的集流體，真空干燥后，依次進行輥壓、分切等步驟制得負極片；其中，涂覆過程中控制極片雙面面密度為160 g/m2，輥壓過程按照極片壓實密度1.50g/cm3進行。
[0013]將上述步驟(4)的負極片匹配磷酸鐵鋰正極片，制作圓柱形18650電池，標記為電池A，同時以正常負極片組裝相同型號的電池，標記為電池B。
[0014]將上述A和B兩種電池分別在-20°C進行低溫放電測試，設定放電倍率為0.5C,電壓下限為2.0V。通過圖1的數(shù)據(jù)可以看出，電池A在-20°C放電容量達到常溫容量的90%左右，比電池B的放電率提高了一倍以上，且電池的放電電壓平臺相對較高。因此，本專利所制備的負極片能有效提尚電池的低溫放電能力。
[0015]實施例2
(1)取光滑潔凈的銅箔放置于平面玻璃上，將質量分數(shù)為0.25%的AgN03溶液均勻噴至箔材上，靜置2h后取出集流體，經(jīng)過乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蝕的負極電子集流體；
(2)稱取5g石墨稀加至無水乙醇，超聲分散60min，制得石墨稀懸浮液；
(3)稱取672g人造石墨和288g中間相碳微球進行簡單混合，后加入15gCMC攪拌2h，將混合后的干粉緩慢加入去離子水繼續(xù)攪拌4h，最后依次加入2gSBR和上述石墨烯溶液，繼續(xù)攪拌lh得到負極楽料；
(4)將上述步驟(3)的負極漿料涂覆至表面微腐蝕的集流體，真空干燥后，依次進行輥壓、分切等步驟制得負極片；其中，涂覆過程中控制極片雙面面密度為110 g/m2，輥壓過程按照極片壓實密度1.22g/cm3進行。
[0016]將上述步驟(4)的負極片匹配磷酸鐵鋰正極片，制作圓柱形18650電池，在實施例1中相同的測試條件下，電池在_20°C放電容量達到了常溫容量的87.5%。
【主權項】
1.一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征在于，以如下步驟制備: (1)表面微腐蝕的電子集流體處理:將潔凈的銅箔放置平整，用低濃度的AgN03溶液均勻噴至箔材表面進行微腐蝕，靜置0.5?2h后取出集流體，經(jīng)過乙醇清洗，吹干后得到表面微腐蝕的負極電子集流體； (2)導電劑的分散:將超導電劑物質加入無水乙醇中進行超聲分散20?60min，獲得含導電劑的懸浮液A ； (3)低溫改善型鋰電池負極漿料的制備:首先按照質量比將人造石墨與中間相碳微球兩種活性物質進行物理混合，加入CMC (羧甲基纖維素鈉)機械攪拌1?2h得到混合干粉，然后將其緩慢加入去離子水中攪拌2?4h，最后加入SBR和步驟2中的懸浮液A，攪拌lh得到負極漿料B; (4)低溫改善型鋰電池負極極片的制作:將上述步驟3中的負極漿料B涂覆至步驟(1)的電子集流體，經(jīng)過真空干燥、輥壓、分切得到負極片。2.根據(jù)權利要求書1中所述的一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征是，所述的負極漿料中各種物質占干粉總質量的比例為:活性物質88?96%，CMC1.5?5%，導電劑0.5 ?5%，SBR 的為 2%ο3.根據(jù)權利要求書1中所述的一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征是，步驟(3)所述的人造石墨與中間相碳微球的質量比為(7:3)?(9:1)。4.根據(jù)權利要求書1中所述的一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征是，步驟(4)所述的涂覆過程中控制極片雙面面密度為110?160 g/m2，輥壓過程按照極片壓實密度1.22 ?1.50g/cm3進行。5.根據(jù)權利要求書1中所述的一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，其特征是，步驟(1)所述的低濃度的AgN03S液優(yōu)選為質量分數(shù)為0.25%的AgNO 3溶液。
【專利摘要】本發(fā)明設計了一種低溫性能優(yōu)異的鋰電池負極片，主要技術內容為：利用AgNO3腐蝕銅箔獲得表面粗糙狀的電子集流體，提高負極漿料與箔材間的粘結性及導電性；負極活性材料采用人造石墨與中間相碳微球相的混合型材料，提高電池的放電能力與吸液能力，同時控制兩者質量比為7：3～9：1；選用石墨烯﹑CNTs等超導材料來進一步提高材料的導電能力；控制極片的涂布及輥壓工藝以保證極片的高導電性能。測試結果表明，電池在低溫環(huán)境下具有優(yōu)良的電化學性能。
【IPC分類】H01M4/139, H01M4/66, H01M4/62, H01M4/583, H01M4/64, H01M4/13
【公開號】CN105428654
【申請?zhí)枴緾N201510900631
【發(fā)明人】關成善, 宗繼月, 李濤, 梅慶虎, 周會
【申請人】山東精工電子科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月9日