负极极片和包括负极极片的锂离子电池制造技术

本申请的实施例提供了负极极片和包括负极极片的锂离子电池，负极极片包括：负极集流体；负极活性物质层，设置在负极集流体上；其中，负极活性物质层包括负极活性物质和分散剂，负极活性物质和分散剂的质量比≥18.74，分散剂包括羧甲基纤维素锂。本申请在不损失锂离子电池的能量密度，不影响锂离子电池的循环寿命和引起循环膨胀的情况下，大幅降低锂离子电池的直流电阻和界面上的电荷转移电阻，避免了锂离子电池在循环充放电过程中的析锂现象。

Negative plates and lithium-ion batteries including negative plates

【技术实现步骤摘要】
负极极片和包括负极极片的锂离子电池
本申请的实施例涉及电池领域，更具体地，涉及负极极片和包括负极极片的锂离子电池。
技术介绍
当锂离子电池在快速充电或在低温充电时，如果锂离子电池的负极动力学不足，会导致Li+在负极富集并在负极活性物质层表面获得电子以锂枝晶的形式在负极表面析出，锂枝晶的形成将会恶化锂离子电池的循环寿命，还有刺穿隔离膜风险，造成安全隐患。为了避免析锂现象，目前通常采用以下几种手段:一是降低极片的压实密度，提高锂离子电池的动力学性能，提高倍率性能，改善析锂，但是损失锂离子电池的能量密度；二是使用腈类或酯类改性的负极粘结剂，改善析锂，但是会增大锂离子电池的循环膨胀；三是增大电解质中低粘度溶剂的比例，改善低温析锂，但往往会降低电解质的电导率，恶化常温析锂现象，且低粘度的溶剂一般沸点较低，还会恶化锂离子电池的高温存储性能。因此，虽然以上几种手段能够不同程度地改善析锂，但是同时也会带来一些缺陷，并不完全令人满意。
技术实现思路
本申请在不损失锂离子电池的能量密度，不影响锂离子电池的循环寿命和引起循环膨胀的情况下，大幅降低锂离子电池的直流电阻和界面上的电荷转移电阻，避免了锂离子电池在循环充放电过程中的析锂现象，为后续继续提高充放电倍率提供支持。本申请的实施例提供了一种负极极片，包括：负极集流体；负极活性物质层，设置在所述负极集流体上；其中，所述负极活性物质层包括负极活性物质和分散剂，所述分散剂包括羧甲基纤维素锂，所述负极活性物质和所述分散剂的质量比≥18.74。在上述负极极片中所述分散剂包括羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素钠的混合物。在上述负极极片中，其中，所述分散剂的取代度范围为0.6-1.3。在上述负极极片中，其中，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、碳化硅、中间相碳微球、硅及其合金中的一种或几种的组合。在上述负极极片中，其中，所述负极活性物质层还包括粘结剂，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合在上述负极极片中，其中，所述负极活性物质层还包括导电剂，所述导电剂包括导电炭黑、片层石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。在上述负极极片中，其中，所述负极集流体包括铜箔、铝箔、镍箔、碳基集流体中的一种或几种的组合。本申请的实施例还提供了包括上述负极极片的锂离子电池。在上述锂离子电池中，其中，所述正极极片包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂、镍钴酸锂、镍酸锂中的一种或几种的组合。在上述锂离子电池中，其中，所述电解质包括锂盐和溶剂，所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂、高氯酸锂、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或几种的组合；所述溶剂包括选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯中的一种或几种的组合。本申请中通过使负极活性物质层中的负极活性物质和分散剂的质量比≥18.74，分散剂选用羧甲基纤维素锂、或羧甲基纤维素锂与羧甲基纤维素钠的混合物，在不损失锂离子电池的能量密度，不影响锂离子电池的循环寿命和引起循环膨胀的情况下，大幅降低锂离子电池的直流电阻和界面上的电荷转移电阻，避免了锂离子电池在循环充放电过程中的析锂现象。附图说明图1示出了实施例12和17的锂离子电池的负极在0℃时的电化学阻抗谱(EIS)曲线。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。锂离子电池的负极极片包括负极集流体和设置于负极集流体上的负极活性物质层。将负极活性物质层的浆料涂覆在负极集流体上烘干即可制成负极极片。负极集流体可以为铜箔、铝箔、镍箔、碳基集流体中的一种或几种的组合。负极活性物质层可以包括负极活性物质和分散剂。负极活性物质可以包括人造石墨、天然石墨、碳化硅、中间相碳微球中的一种或几种的组合。分散剂可以包括羧甲基纤维素锂、羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素钠的混合物中的一种或几种的组合，其中，羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂的取代度范围可以为0.6～1.3。平均每个失水葡萄糖单元上被反应试剂取代的羟基数目，称为取代度。取代度过高或过低都不利于CMC(羧甲基纤维素)在水中的溶解，另外，取代度较低时，分散剂在干燥过程中在石墨表面收缩不明显，改善动力学程度不明显。改善锂离子电池的负极动力学性能主要包括降低锂离子电池的直流电阻和电荷转移电阻，以及改善锂离子电池在快速充电及低温充电时的负极析锂。为了改善锂离子电池的负极动力学性能，将负极活性物质和分散剂的质量比(K)设置为≥18.74。在负极极片烘干过程中，分散剂在负极活性物质表面包覆成膜，当负极活性物质的含量相对于分散剂的含量增大时，分散剂对负极活性物质表面的包覆减小，大大增加了锂离子的传输及嵌入通道，从而降低了析锂风险。分散剂占负极活性物质层的质量比可以为0.5％～5％，如果分散剂的用量太高，将会增加对负极活性物质颗粒的覆盖，造成锂离子电池的负极动力学性能的下降，而分散剂的用量过少，将会导致分散作用不足，影响负极活性物质层浆料的稳定性。另外，作为分散剂，羧甲基纤维素锂对锂离子电池的负极动力学性能的改善高于羧甲基纤维素钠。一方面是由于羧甲基纤维素锂表面的锂与电解质中锂离子的性质接近，可以在羧甲基纤维素锂的表面形成锂离子的迁移路径，减少了电解质中锂离子嵌入锂离子电池的负极的阻碍；另一方面，由于制备工艺不同，羧甲基纤维素锂的分子量较羧甲基纤维素钠的分子量更大，且分子链上锂的取代不均匀，导致羧甲基纤维素锂在负极活性物质颗粒表面的覆盖低于羧甲基纤维素钠，增加了电解质中锂离子嵌入锂离子电池的负极的面积。这两方面都有利于提高锂离子电池的负极的动力学性能，尤其是低温动力学性能。另外，负极活性物质层还可以包括粘结剂，粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。粘结剂占负极活性物质层的质量比可以为1％～7％，如果粘结剂的含量太高，则会影响锂离子电池的能量密度，如果粘结剂的含量太少，则会降低负极活性物质层的结构的稳定性。此外，负极活性物质层还可以包括导电剂，导电剂用于增强负极活性物质层的导电性能。导电剂可以包括导电炭黑、片层石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种的组合。本申请的实施例还提供了包括上述负极极片的锂离子电池。该锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解质等。正极极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极集流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极极片，包括：负极集流体；负极活性物质层，设置在所述负极集流体上；其中，所述负极活性物质层包括负极活性物质和分散剂，所述分散剂包括羧甲基纤维素锂，所述负极活性物质和所述分散剂的质量比≥18.74。

【技术特征摘要】
1.一种负极极片，包括：负极集流体；负极活性物质层，设置在所述负极集流体上；其中，所述负极活性物质层包括负极活性物质和分散剂，所述分散剂包括羧甲基纤维素锂，所述负极活性物质和所述分散剂的质量比≥18.74。2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述分散剂包括羧甲基纤维素锂和羧甲基纤维素钠的混合物。3.根据权利要求1所示的负极极片，其中，所述分散剂的取代度范围为0.6-1.3。4.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极活性物质包括人造石墨、天然石墨、碳化硅、中间相碳微球、硅及其合金中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极活性物质层还包括粘结剂，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素纳、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极活性物质层还包括导电剂，所述导电剂包括导电炭、导电炭黑、片层石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娅洁，石长川，陶兴华，方占召，高潮，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35