一种锂离子电池负极及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法，它包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。本发明专利技术采用水性多元共聚乳液代替传统的丁苯橡胶作为锂离子电池粘结剂后，实现了比传统粘结剂更为优越的粘结性能，同时制备的电池具有突出的优良性能：良好的低温特性、低循环膨胀率、良好的长循环特性、更优异的加工特性，使用本发明专利技术制备的负极具有更小阻抗，更好的动力学性能，能有效的解决锂离子电池低温析锂的风险问题，制备的电池具有安全可靠、循环寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池自商业化以来，由于其能量密度高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长、对环境无污染等诸多优点被广泛用作各种移动设备的电源，也使其进入了大规模的实用阶段。 锂离子电池特性可以通过改善电池的部件而开发出来，电池的性能依赖于电极、电解液和包含其中的电池材料，而电极的特性依赖于电池的活性物质、集流体和粘结剂，粘结剂提供电池活性物质与集流体的粘合力，当粘结剂提供活性物质之间或者活性物质与集流体之间的强粘结力时，电子和锂离子在电极内平稳地移动并且电极内阻降低。 目前锂离子电池水性负极极片一般采用苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）作为粘结剂，此类物质的溶度参数在16-18（J/cm3）1/2，与目前电解液体系的溶度参数20-26（J/cm3）1/2差距较大，锂离子在这类物质传导性差。当涂布重量增加后，使用这类物质作为粘结剂制备的电池在低温下动力学性能会进一步恶化，已经严重制约了锂离子电池在低温下的应用。此外，当前锂离子电池负极极片制作过程中还普遍存在极片脆性太强，影响负极极片的压实密度。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足而提供一种可提升锂离子电池低温性能的锂离子电池负极，使用该粘结剂制备的锂离子电池具有良好的加工特性低温性能以及长循环特性。 为了达到上述要求，本专利技术采用如下的技术方案：一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。 负极浆料配方中，粘结剂添加量过少（质量分数小于0.5%），活性物质在浆料中分散效果差，制作的浆料稳定性差，造成极片中活性物质的分布不均匀，从而导致活性物质的过充和过放，进而影响到电池的循环性能，另外，粘结剂过少，粘结力太差，极片加工过程中，负极浆料容易脱落。反之（质量分数大于5%），粘结剂可能覆盖活性物质的表面，造成阳极阻抗增大，电池在充电过程中容易析锂，影响电池的性能。 所述水性多元共聚乳液由通式分别为CH2=CH-C6H5，CH2=CH-C6H5-CH=CH2，CHR1=CHCOOH, CHR2=CHCOOR3中任意两种或两种以上的单体共聚而成， R1，R2，R3均为氢或四个碳原子以下的饱和或非饱和碳链。 所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸甲酯三元共聚物、二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物、二乙烯苯-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯三元共聚物或苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。由于这类共聚物中，苯乙烯单元的玻璃化转变温度较高，赋予粘结剂极强的内聚力，同时苯环六元环独特结构保证了高分子链的稳定性，并赋予粘结剂极强的抗蠕变特性，从而保证了电池在反复充放电循环中足够的抗疲劳特性，丙烯酸酯单元玻璃化转变温度较低，具有较好的界面粘结剂作用，有效地保证了粘结剂对活性物质的粘附作用。 所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa、COOLi或COONH2。此外，功能团COONa,COOLi,COONH2，能有效地改善集流体与活性物质的粘结。 所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在100nm-300nm之间，溶度参数介于18-24（J/cm3）1/2之间。根据相似相容原理，溶度参数相近，相容性更好，这极大地赋予了粘结剂具有相对较高的锂离子传导特性。 所述水性多元共聚乳液的交联点密度低于5%，过高的交联点密度，粘结剂变硬，电池变形比例增高。所述水性多元共聚乳液的玻璃化转变温度在-20℃至20℃之间，玻璃化温度太低，粘结剂相对柔软，内聚力不够，玻璃化转变温度高于20℃，粘结剂相对较硬较脆，造成极片干燥过程中开裂，极片柔韧性太差，并容易造成极片单面区脱模。此外，由于分子链柔顺性差，石墨颗粒在正常充放电过程中收缩、膨胀产生的应力无法通过分子链的滑移得到缓释，最终导致制备的电池容易造成局部应力集中而发生变形。所述水性多元共聚乳液的表面张力不低于38N/m，否则涂布容易出现针孔等涂布坏品。 所述水性乳液烘干后制得的胶膜在EC/PC/DEC=1/1/1混合溶剂上载率不高于300%（wt/wt%），上载率过大，显著地恶化了粘结剂对活性物质或者集流体的粘附作用，并加剧了活性物质脱落的风险。 所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的水性增稠剂，所述水性增稠剂为羧甲基纤维素钠，海藻酸钠，聚乙烯醇中的一种或任意几种。 所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：不高于1.5%的导电助剂，所述导电助剂为导电碳，碳纳米管，石墨烯中的一种或任意几种。 所述负极浆料还包括以下重量百分比的干料：0.05%-8%的碳酸乙烯酯。研究中发现，负极浆料中添加一定的碳酸乙烯酯可以降低极片的脆性，保证极片干燥过程中不开裂，另外极片冷压过程中，极片中的残留EC，能充当石墨颗粒间的润滑剂，提高负极极片压实密度，进而提高能量密度。其添加量为0.05%-8%，极片中太多的EC残留会恶化电芯性能。 本专利技术所指的干料是指负极浆料中除去水以外的所有物质，所述负极浆料中水占负极浆料总重量（即干料和水）的50-60%。 一种锂离子电池负极的制备方法，它包括以下制备步骤： 步骤A: 将配方量的水性增稠剂和水加入到搅拌研磨机中在真空状态下溶解，得到高分子溶液； 步骤B: 将配方量的导电助剂加入到步骤A的高分子溶液中，快速搅拌研磨至粒径5μm以下； 步骤C:  向步骤B搅拌研磨后的物料中加入配方量的活性物质，分散均匀后，慢速搅拌下加入粘结剂和碳酸乙烯酯，真空脱泡，用150目不锈钢滤网过滤，得到负极浆料； 步骤D:  将负极浆料均匀地涂在集流体铜箔的两面，再用辊压机压实，得到锂离子电池负极。 其中步骤C中当粘度过高时，通过加入水的方式控制负极浆料的粘度在2000-4000mPa·s之间。 需要说明的是本专利技术中步骤B的快速搅拌和步骤C的慢速搅拌是相对的，也是本领域技术人员熟知的，无需进行详细限定。 相对现有技术，本专利技术有以下有益成果： 本专利技术采用水性多元共聚乳液代替传统的丁苯橡胶作为锂离子电池粘结剂后，实现了比传统粘结剂更为优越的粘结性能，同时制备的电池具有突出的优良性能，主要体现在以下方面： 一、良好的低温特性。由于水性多元共聚乳液具有与电解液相近的溶度参数，在电解液中保持相对高溶胀率从而提升锂离子传导率，并显著改善电池在低温下的充放电特性，当涂布重量大于12mg/cm2,这种优势将更加凸显。 二、低循环膨胀率。由于水性多元共聚乳液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，其特征在于：负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%‑99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%‑8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极，包括集流体、涂覆在集流体上的负极浆料，其特征在于：负极浆料包括以下重量百分比的干料：92%-99%的活性物质，所述活性物质为石墨或者石墨合金，1%-8%的粘结剂，所述粘结剂为水性多元共聚乳液。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液由通式分别为CH2=CH-C6H5，CH2=CH-C6H5-CH=CH2，CHR1=CHCOOH, CHR2=CHCOOR3中任意两种或两种以上的单体共聚而成， R1，R2，R3均为氢或四个碳原子以下的饱和或非饱和碳链。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液为苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸甲酯三元共聚物、二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯三元共聚物、二乙烯苯-甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯三元共聚物或苯乙烯-二乙烯苯-丙烯酸-丙烯酸乙酯四元共聚物。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液含有功能团COONa、COOLi或COONH2。
5.根据权利要求1至3任一项所述的锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳液的颗粒粒径在100nm-300nm之间，溶度参数介于18-24（J/cm3）1/2之间。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂离子电池负极，其特征在于：所述水性多元共聚乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓耀明，汪国红，杨文平，杜天柱，李中延，
申请(专利权)人：东莞市迈科科技有限公司，东莞市迈科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44