一种负极浆料、负极浆料的制备方法以及使用该负极浆料制作的负极片及锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种负极浆料、负极浆料的制备方法以及使用该负极浆料制作的负极片及锂离子电池，包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料91‑95%，导电炭黑1‑3%，聚偏氟乙烯4‑6%，另加上述物料总配重0.1‑0.3%的草酸。本发明专利技术采用上述技术方案的负极浆料制备的锂离子电池具有以下技术效果：电池能够10C‑30C高倍率放电，且20C/1C放电容量可达到95%，30C/1C放电容量可达到90%以上；电池可大倍率快速充电，5C快速充电后，10C和20C高倍率放电容量释放率均高达98%以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池及制备
，尤其涉及一种负极浆料、负极浆料的制备方法以及使用该负极浆料制作的负极片及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因能够实现多次充放电、可以对外界环境实现大倍率放电、无记忆效应、节约能源等诸多独特优点而被人们利用，来代替传统电池无法循环使用、不环保、浪费能源等一系列问题。但是目前锂电池普遍存在锂离子电池大电流充放电时电池极化严重，倍率放电性能较差、低温环境下放电量少，使用寿命短等一系列问题。这是因为以传统石墨为负极材料的锂电池中碳的嵌锂和脱锂性能不佳，使充电过程中金属锂表面不均匀，造成“锂枝晶”。所以寻找新型的负极材料，改善传统石墨负极材料的缺陷成为锂离子电池的研究热点。硬碳材料由于具有相互交错的层状结构，锂离子在硬碳中具有比传统石墨更多的嵌入和脱出通道，因此具有比石墨更高的充放电速度和更优良的低温性能，同时大量微孔的存在，也使得硬碳具有比石墨更高的可逆比容量，是一种非常富有潜力的负极材料。然而，正是由于具有大量交错层状结构及锂离子脱嵌通道，使得硬碳材料的首次充放电的不可逆容量大大增加，主要原因是大量的锂与电解液在材料表面反应生成的固体电解质SEI膜所致。因此，改善硬碳负极材料首次充放电效率低的缺陷，成为硬碳负极材料的一个开发热点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对以上问题，提供一种负极浆料及负极浆料的制备方法，采用本专利技术的负极浆料制备的锂离子电池能够实现超高倍率充放电，且低温环境下放电量性能好，充放电速率及容量密度高，负极材料首次充放电效率高，具有高循环寿命；本专利技术还提供了一种采用上述负极浆料的负极片；另外，本专利技术还提供了一种利用上述负极片的锂离子电池。为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种负极浆料，其特征在于：所述负极浆料包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料91-95%，导电炭黑1-3%，聚偏氟乙烯4-6%，另加上述物料总配重0.1-0.3%的草酸。以下是本专利技术的进一步改进：所述硬碳和石墨混合料中硬碳占混合料总重量比为10-18%。进一步改进：所述硬碳为微米级颗粒，其比表面为3-5m2/g。进一步改进：所述负极浆料包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料94%，导电炭黑1.5%，聚偏氟乙烯4.5%，另加上述物料总配重0.2%的草酸。进一步改进：一种负极浆料的制备方法，包括如下步骤：1）、真空烘干步骤，取上述重量配比的硬碳和石墨混合料、导电炭黑、聚偏氟乙烯和前述物质总重量0.2%的草酸，作为负极浆料的原料，真空烘干；2）、溶胶步骤，取与上述原料重量相等的N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将1）中的聚偏氟乙烯溶于其中，高速搅拌；3）、向步骤2）中制备的胶液中加入导电炭黑，低速搅拌，得到混合料；4）、向步骤3）中的混合料中先加入硬碳，低速搅拌，得到混合料；5）、向步骤4）中的混合料中加入石墨，低速搅拌，得到混合料；6）、向步骤5）中的混合料中加入草酸，低速搅拌，得到混合料；7）、将步骤5）得到的混合料真空保压，制得负极浆料。进一步改进：步骤2）中溶胶过程中，先不开循环水，当温度达到 50℃，再打开循环水，搅拌完成时，胶液无明显结块；搅拌时间为3～4h。进一步改进：步骤3）-步骤5）中搅拌时间为1 h。进一步改进：步骤5）中真空度为-0.09Mpa，保压时间为1h。一种负极片，所述负极片包括负极集流体，负极集流体的上下表面上均匀涂布有负极浆料，负极浆料涂布的单面面密度为5.41-6.41mg/cm2。一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和铝塑复合膜，其中正极片和负极片交替排列，而隔膜位于正极片和负极片之间，铝塑复合膜包裹住正极片、负极片和隔膜，正负极极片极耳均采用全极耳设计。本专利技术采用上述技术方案的负极浆料制备的锂离子电池具有以下技术效果：1、电池能够10C-30C高倍率放电，且20C/1C放电容量可达到95%，30C/1C放电容量可达到90%以上；2、电池可大倍率快速充电，5C快速充电后，10C和20C高倍率放电容量释放率均高达98%以上；3、电池能够在-20℃— -40℃放电，-20℃放电容量可达常温放电容量的90%以上，且在-40℃放电容量可达额定容量的81%；4、电池10C充10C放电持续循环200周，容量保持率达92%以上；5、负极材料首次充放电效率可达87%以上；6、性能稳定，可超高倍率充放电，耐低温性能良好，可应用于汽车启停电源领域，具有广泛的应用前景。附图说明附图1为电芯极片的结构示意图；附图2软包电池的结构示意图；附图3为铝壳电池的结构示意图；附图4为负极极片SEM图；附图5为1C充电不同倍率放电曲线对比图；附图6为5C充电不同倍率放电曲线对比图；附图7为不同温度下1C放电曲线对比图。附图8为10C充放电循环曲线图。具体实施方式实施例1，一种负极浆料，包括固体物料及液体物料，所述固体物料包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料94%，导电炭黑1.5%，聚偏氟乙烯4.5%，另加固体物料总配重0.1-0.3%的草酸，优选为0.2%。所述液体物料为有机溶剂，优选为N-甲基吡咯烷酮。所述负极浆料的固含量为50%（即固体物料占总浆料的比重）。所述硬碳和石墨混合料中硬碳占混合料总重量比为15%。所述硬碳为微米级颗粒，其比表面为3-5m2/g。一种负极浆料的制备方法，包括如下步骤：1）、取重量配比为94%的硬碳和石墨混合料、1.5%的导电炭黑、4.5%的聚偏氟乙烯和前述物质总重量0.2%的草酸，作为负极浆料的原料，真空烘干，去除水分；2）、取与上述原料重量相等的N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将步骤1）中的聚偏氟乙烯溶于其中，采用双行星搅拌（高速搅拌）3～4h；溶胶过程中，先不开循环水，当温度达到 50℃，再打开循环水，搅拌完成时，胶液无明显结块；3）、向步骤2）中制备的胶液中加入导电炭黑，低速搅拌1h，得到混合料；4）、向步骤3）中的混合料中先加入硬碳，低速搅拌1h；再加入石墨，低速搅拌1h；最后加入草酸，低速搅拌1h；最后真空-0.09Mpa以下保压1h，得到负极浆料。一种负极片，包括负极集流体和上述负极浆料，负极集流体为具有导电涂层覆盖的集流体，涂层厚度为1-2um。负极浆料均匀涂布在负极集流体的上下表面上，浆料在负极集流体上的单面面密度为5.85mg/cm2。一种锂离子电池，如图1-3所示，包括正极片、负极片、隔膜和铝塑复合膜（或铝壳），其中正极片和负极片交替排列，而隔膜位于正极片和负极片之间，铝塑复合膜（或铝壳）包裹住正极片、负极片和隔膜，正极极耳及负极极耳均采用全极耳设计。本实施例通过上述步骤制得负极片，通过叠片（或卷绕）的方式作出方形的电芯体，制造而成的电芯体再经过封装、干燥及注液、化成和分容等工序而制造成方形的电池。本专利技术中的负极浆料采用硬碳搭配石墨作为活性材料。由于硬碳材料为无序乱层结构，拥有较石墨材料更多的锂离子传递通道，因此其充放电速率及容量密度更高。借助硬碳良好的倍率充放电和低温性能，实现了电池的30C超高倍率大电流放电性能和可快速充满电的性能，改善了石墨负极低温放电性能差的缺陷。但是硬碳材料首次效率不高，比表面越大，首次效率损失越严重。因此，本专利技术采用的硬碳比表面为3-5m2/g。同时搭配石墨材料，使得首次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极浆料，其特征在于：包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料91‑95%，导电炭黑1‑3%，聚偏氟乙烯4‑6%，另加上述物料总配重0.1‑0.3%的草酸。

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料，其特征在于：包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料91-95%，导电炭黑1-3%，聚偏氟乙烯4-6%，另加上述物料总配重0.1-0.3%的草酸。2.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于：所述硬碳和石墨混合料中硬碳占混合料总重量比为10-18%。3.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于：所述硬碳为微米级颗粒，其比表面为3-5m2/g。4.根据权利要求1所述的负极浆料，其特征在于：所述负极浆料包括以下重量配比的组份：硬碳和石墨混合料94%，导电炭黑1.5%，聚偏氟乙烯4.5%，另加上述物料总配重0.2%的草酸；其中，硬碳占混合料的重量比为15%。5.根据权利要求1-4任意一项所述的负极浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）、真空烘干步骤，取上述重量配比的硬碳和石墨混合料、导电炭黑、聚偏氟乙烯和草酸，作为负极浆料的原料，真空烘干；2）、溶胶步骤，取与上述原料重量相等的N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，将1）中的聚偏氟乙烯溶于其中，高速搅拌；3）、向步骤2）中制备的胶液中加入导电炭黑，低速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成杰，冯丽娟，代汉博，熊俊威，张君楠，
申请(专利权)人：山东威能环保电源科技股份有限公司，潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：山东;37