一种复合负极极片及其制备方法技术

一种复合负极极片及其制备方法，属于动力锂离子电池技术领域。所述负极涂层包括负极内部涂层和负极外部涂层，所述负极内部涂层涂覆在集流体上，所述负极外部涂层涂覆在负极内部涂层上，所述负极内部涂层为水溶性涂层，所述负极外部涂层为油溶性涂层。本发明专利技术的优点为：在传统的石墨负极涂层中涂覆一层钛酸锂材料，可以提高电池的首效，进而提高电池的质量比能量密度；提高电池的快充能力、循环寿命及安全性能。

A composite negative plate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极极片及其制备方法
本专利技术属于动力锂离子电池
，具体涉及一种复合负极极片及其制备方法。
技术介绍
随着新能源电动汽车应用的普及，人们对新能源电动汽车的续航能力、快速充电能力及安全性能提出了越来越高的要求。目前动力锂离子电池用的负极材料主要为石墨类材料，由于其嵌锂电位在0.1V(VS.Li)左右，因此在循环过程中很容易析锂，造成循环寿命低，且容易发生安全事故。同时，常规负极石墨为二维层状结构，层间距为0.335nm，较小的层间距使得锂离子的扩散速率较低，倍率性能较差。在快速充电的条件下，锂离子易在石墨表面沉积形成锂枝晶。随着循环次数的增加，电池容量快速衰减，且锂枝晶的不断生长会刺穿隔膜造成电池内部短路，最终导致安全事故发生。为了提高动力电池的快充能力，常规的方法是通过降低正负极片的活性物质负载量或在碳材料表面进行包覆硬碳来达到提高锂离子电池的快充能力，但会造成锂离子电池的能量密度下降，同时在循环过程中副反应的发生导致其循环寿命下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决锂离子电池能量密度和循环寿命下降的问题，提供一种具有高安全快充型动力复合负极极片及其制备方法，该方法通过利用双层涂布技术，在负极表面涂覆一层钛酸锂(LTO)涂层。由于LTO具有良好的快充性能、安全性能，因此最终使得电池的快充能力及安全性能得到有效的提高。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种复合负极极片，包括集流体和负极涂层，所述负极涂层包括负极内部涂层和负极外部涂层，所述负极内部涂层涂覆在集流体上，所述负极外部涂层涂覆在负极内部涂层上，所述负极内部涂层为水溶性涂层，所述负极外部涂层为油溶性涂层。进一步地，所述负极内部涂层由负极活性物质1、水溶性粘结剂、水溶性增稠剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质1：水溶性粘结剂：水溶性增稠剂：导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.2％～10.0％：0.2％～10.0％：0％～8.0％。进一步地，所述负极外部涂层由负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.1％～15.0％：0.1％～10.0％。一种上述复合负极极片的制备方法，所述方法步骤如下：步骤一：将负极活性物质1、导电剂混合0.5～8h，得到混合均匀的干粉；加入15％～75％的水溶性增稠剂搅拌1～30min，使浆料呈面团状，然后继续搅拌0.5～8h，使浆料分散均匀；加入水溶性粘结剂及剩余的水溶性增稠剂搅拌0.5～10h，使浆料完全分散均匀；最后抽真空脱除气泡，使用100～300目的筛网过滤后得到负极内层浆料；步骤二：将步骤一得到的负极内层浆料均匀地涂覆在集流体上，在烘箱中于30℃～200℃加热烘烤0.1～30min，使负极内层浆料中的部分溶剂水挥发，要求极片不能烘裂，同时极片不能由于太湿而造成粘辊，得到涂覆有负极内层浆料的集流体，在25℃～180℃下干燥0.5～12h，得到涂覆负极内部涂层的极片；步骤三：将油溶性粘结剂、分散剂混合搅拌0.5～10h，使油溶性粘结剂完全均匀地分散；加入导电剂混合搅拌0.5～8h，使得导电剂完全分散均匀；加入负极活性物质2混合搅拌0.5～15h，使得负极活性物质2完全分散均匀；最后抽真空脱除气泡，使用100～300目的筛网对浆料进行过滤，得到负极外层浆料；步骤四：将步骤三得到的负极外层浆料均匀地涂覆在步骤二得到的负极内部涂层上，在烘箱中于30℃～200℃进行加热烘烤0.1～40min，使浆料中的分散剂完全挥发；将双层涂覆的负极片在25℃～180℃下干燥0.5～12h、辊压，即得到复合负极极片。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：(1)在传统的石墨负极涂层中涂覆一层钛酸锂材料，可以提高电池的首效，进而提高电池的质量比能量密度；(2)提高电池的快充能力、循环寿命及安全性能。附图说明图1为双层涂覆负极片示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种复合负极极片，包括集流体和负极涂层，如图1所示，所述负极涂层包括负极内部涂层和负极外部涂层，所述负极内部涂层涂覆在集流体上，所述负极外部涂层涂覆在负极内部涂层上，所述负极内部涂层为水溶性涂层，所述负极外部涂层为油溶性涂层。具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种复合负极极片，所述负极内部涂层由负极活性物质1、水溶性粘结剂、水溶性增稠剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质1：水溶性粘结剂：水溶性增稠剂：导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.2％～10.0％：0.2％～10.0％：0％～8.0％。具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种复合负极极片，所述负极活性物质1为人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球(MCMB)中的一种或多种的组合；所述水溶性粘结剂为丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-丙烯腈共聚物中的一种或多种的组合；所述水溶性增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、定优胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸中一种或多种的组合；所述导电剂为导电石墨、导电炭黑(Super-P)、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或多种的组；。具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种复合负极极片，所述负极外部涂层由负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.1％～15.0％：0.1％～10.0％。具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种复合负极极片，所述负极活性物质2为钛酸锂；所述油溶性粘结剂为聚偏四氟乙烯；所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或多种的组合。本专利技术优化改进了锂离子动力电池负极极片的涂覆方式，尤其是在常规石墨负极上面涂覆一层钛酸锂涂层，提高电池的首次效率，同时能够起到抑制常规石墨负极在不断充放电过程中的SEI不断分解生成造成活性锂的损失，进而提高电池的循环寿命。同时，LTO涂层能够极大地改善常规锂离子电池的安全性能。具体实施方式六：一种具体实施方式一至五任一具体实施方式所述复合负极极片的制备方法，所述方法步骤如下：步骤一：将负极活性物质1、导电剂混合0.5～8h，得到混合均匀的干粉；加入15％～75％的水溶性增稠剂搅拌1～30min，使浆料呈面团状，然后继续搅拌0.5～8h，使浆料分散均匀；加入水溶性粘结剂及剩余的水溶性增稠剂搅拌0.5～10h，使浆料完全分散均匀；最后抽真空脱除气泡，使用100～300目的筛网过滤后得到负极内层浆料；步骤二：将步骤一得到的负极内层浆料均匀地涂覆在集流体上，在烘箱中于30℃～200℃加热烘烤0.1～30min，使负极内层浆料中的部分溶剂水挥发，要求极片不能烘裂，同时极片不能由于太湿而造成粘辊，得到涂覆有负极内层浆料的集流体，在25℃～180℃下干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合负极极片，包括集流体和负极涂层，其特征在于：所述负极涂层包括负极内部涂层和负极外部涂层，所述负极内部涂层涂覆在集流体上，所述负极外部涂层涂覆在负极内部涂层上，所述负极内部涂层为水溶性涂层，所述负极外部涂层为油溶性涂层。

【技术特征摘要】
1.一种复合负极极片，包括集流体和负极涂层，其特征在于：所述负极涂层包括负极内部涂层和负极外部涂层，所述负极内部涂层涂覆在集流体上，所述负极外部涂层涂覆在负极内部涂层上，所述负极内部涂层为水溶性涂层，所述负极外部涂层为油溶性涂层。2.根据权利要求1所述的一种复合负极极片，其特征在于：所述负极内部涂层由负极活性物质1、水溶性粘结剂、水溶性增稠剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质1：水溶性粘结剂：水溶性增稠剂：导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.2％～10.0％：0.2％～10.0％：0％～8.0％。3.根据权利要求2所述的一种复合负极极片，其特征在于：所述负极活性物质1为人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球中的一种或多种的组合；所述水溶性粘结剂为丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-丙烯腈共聚物中的一种或多种的组合；所述水溶性增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、定优胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸中一种或多种的组合；所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的一种复合负极极片，其特征在于：所述负极外部涂层由负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂制备而成；所述负极活性物质2、油溶性粘结剂、导电剂的质量百分比为80.0％～98.0％：0.1％～15.0％：0.1％～10.0％。5.根据权利要求4所述的一种复合负极极片，其特征在于：所述负极活性物质2为钛酸锂；所述油溶性粘结剂为聚偏四氟乙烯；所述导电剂为导电石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或多种的组合。6.一种权利要求1～5任一权利要求所述复合负极极片的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：将负极活性物质1、导电剂混合0.5～8h，得到混合均匀的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖冠全，申红光，刘城，何江龙，叶璐，田义军，彭冲，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44