一种负极极片、锂离子电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了负极极片、锂离子电池及其制造方法，选用改性的人造石墨作为负极活性物质，人造石墨掺杂了Cu、Ni和Ag中的一种或几种，人造石墨表面包覆有经酚醛树脂热解后的无定形碳，人造石墨的表面还经过热处理，有效提升了负极活性物质、涂覆有该负极活性物质的负极极片以及以该负极极片作为负极的锂离子电池的大电流放电能力。

【技术实现步骤摘要】
一种负极极片、锂离子电池及其制造方法
本专利技术涉及锂离子二次电池
，具体涉及一种负极极片、锂离子电池及其制造方法。
技术介绍
锂离子电池作为绿色环保新能源，具有可靠性好，安全性高，体积小，重量轻等优点，目前已经被广泛的应用于数码类产品、电动汽车、军工产品等领域。随着国家对新能源的大力扶持，锂离子电池的发展如火如荼，但对锂离子电池的使用寿命、安全性和低成本要求也越来越高，目前锂离子电池也向着高寿命、高安全、高倍率和低成本的方向发展。负极材料，是电池在充电过程中，锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用。在电池成本中，负极材料约占了5％-15％，是锂离子电池的重要原材料之一。负极材料包括碳素材料和非碳负极材料，碳素材料中包括是石墨类负极和非石墨类负极，众多负极材料中以石墨类负极应用最广，但是石墨也有不足之处：比如石墨的低电位，与电解质形成界面膜，并且容易造成析锂；离子迁移速度慢，故而充放电倍率较低；层状结构的石墨在锂离子插入和脱嵌的过程中会发生约10％的形变，影响电池的循环寿命。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种负极极片的制备方法，以及采用该负极极片作为的锂离子电池的制备方法，负极极片的负极活性物质采用改性人造石墨，能提高负极活性物质的导电能力、循环性和大电流放电能力，通过对负极极片的负极活性物质的选择和优化提高锂离子电池的容量和放电倍率。本专利技术的目的采用如下技术方案实现：一种锂离子电池用负极浆料的制备方法，包括以下步骤：r>1)将碳粉与金属粉进行充分混合研磨，于2900-3100℃高温进行石墨化，冷却后即完成掺杂；其中，金属粉为0.01-0.3wt％，碳粉补足100wt％，金属粉包括Cu、Ni和Ag中的一种或几种；2)将步骤1)中掺杂后的产物与酚醛树脂混合粉碎，加热至2700-3000℃，冷却后即完成碳包覆，得到人造石墨；其中酚醛树脂为4-7wt％，步骤1)中掺杂后的产物补足100wt％；3)再将人造石墨粉碎后，加入到导电炭黑的乙醇溶液中搅拌均匀，经过加热蒸发、干燥、粉碎以及1500-2000℃的高温热处理，冷却后得到负极活性物质；其中，人造石墨粉与导电炭黑的重量比为100：0.2-3.0，较优值为100：0.5-2.0。选用小粒径的针状焦作为人造石墨的原材料，碳粉掺杂了纳米状金属颗粒，金属颗粒的粒径约2-50nm，具体地，可选用D50＝10mm的金属颗粒。由于金属颗粒粒径小，掺杂金属颗粒后，金属颗粒进入到人造石墨二次粒子内部的孔隙内(导电剂粒径大，没法进入这些空隙内部)，使得空隙内部的一次粒子可以直接通过金属粒子进行电子传导，从而提高了石墨二次颗粒的导电能力，进一步提高负极涂层/负极片/电池的倍率性能。在人造石墨的颗粒表面包覆一层酚醛树脂热解后的无定形碳，形成“壳-核”结构复合材料，有效避免石墨颗粒因被电解液溶剂分子嵌入而发生的结构破坏，提高了负极活性物质的循环性能和大电流放电能力；人造石墨表面通过热处理，形成多孔状表面结构，增加了人造石墨颗粒的表面积，锂离子的迁移路径得到扩展，有利于提升负极活性物质的大电流放电能力。4)将步骤3)所得的负极活性物质、粘结剂、导电剂和悬浮剂混合，其中，负极活性物质占负极浆料的95.5wt％，粘结剂占负极浆料的1.5wt％，导电剂占负极浆料的1.8wt％，悬浮剂占负极浆料的1.2wt％；5)将步骤4)所得的混合物，加入溶剂，搅拌后制成固含量为40-52％的负极浆料。进一步，步骤4)中，粘结剂为丙烯酸类粘结剂，导电剂包括碳纳米管和/或SP。常规的粘结剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)，不具备导电性。丙烯酸类粘结剂起到粘结、导电作用。丙烯酸类粘结剂分子量高，提供优良的粘结能力。丙烯酸类粘结剂为聚合物，其单体为丙烯酸。丙烯酸本身具有碳碳双键、羧基(-COOH)和羟基(-OH)官能团，上述官能团经过锂化反应即生成羧酸锂和羟基锂。丙烯酸类粘结剂经过以上改良，其结构中含有大量羧酸锂官能团，在加快锂离子传导的同时，还降低负极极片的电阻，显著提升负极极片的大电流放电能力。碳纳米管的“线接触”再配合SP的“点接触”，点-线结合形成良好的三维立体导电网络，显著提高负极浆料的导电能力，进而提升锂离子电池的大倍率放电的能力。再进一步，步骤5)中，溶剂为去离子水。一种负极极片，包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极浆料，涂覆后的负极极片的干燥温度为100-130℃，所述负极浆料采用上述提到的锂离子电池用负极浆料的制备方法制成。极片以铜箔作为集流体，铜箔的厚度为6-20μm。负极极片呈长方体，长(1000±50)mm*宽(57.5-58.5)mm*厚(0.11±0.02)mm；极片长度方向上的头部和尾部分别焊接1pcs负极耳，极耳起到引流的作用，并降低电池的结构内阻。进一步，还包括负极耳，负极耳焊接在负极集流体上。一种锂离子电池，采用了上述提到的负极极片做负极。进一步，锂离子电池还包括电解液、隔膜和设置在锂离子电池的电芯正极的正极极片，正极极片上焊接有正极耳。再进一步，锂离子电池的电解液包括锂盐、添加剂和溶剂，其中，锂盐占电解液的12-18wt％，溶剂占电解液的70-80wt％，添加剂占电解液的4-16wt％。进一步，所述锂离子电池的电解液中的锂盐为LiPF6，LiPF6的浓度为1.2-1.6mol/L，溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(EMC)和碳酸甲基乙基酯(DMC)，摩尔比为EC:EMC:DMC＝2:1:7，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、乙烯基亚硫酸乙烯酯(VES)、3-氟代丙烷磺酸内酯(FPS)、1-丙烯-1,3-磺酸内酯(PST)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种。电解液中的LiPF6浓度高，活性锂离子含量更多，在高倍率放电过程中，单位时间内锂离子转移数目更多，有利于提高倍率性能，同时提升锂离子电池的循环寿命。以氟代碳酸乙烯酯(FEC)和1-丙烯-1,3-磺酸内酯(PST)作为添加剂，能参与在负极极片上形成低阻抗、柔韧性佳、致密且薄的SEI膜；成膜阻抗低，有利于锂离子进行快速传导；成膜柔韧性佳，有效避免因石墨颗粒在充放电过程的体积快速变化而引起对SEI膜结构的破坏；成膜结构致密，防止溶剂分子嵌入石墨引起的石墨结构的破坏；成膜厚度更薄，有利于锂离子的快速传导。锂离子电池在高倍率放电时内部温度会急剧上升，引起SEI膜热分解，添加VES、FPS，参与形成SEI膜在高温下结构更加稳定，避免了SEI膜高温下分解从而引起锂离子电池性能下降；添加LiFSI，提高电解液电导率，并且与LiPF6协同作用，提升锂离子电池的高倍率放电能力。上述提到的锂离子电池的安装方法，包括以下步骤：I将正极极片、负极极片和隔膜，按照隔膜/负极极片/隔膜/正极极片的重叠方式进行卷绕，制成圆柱状卷芯；Ⅱ将负极极片的负极耳焊接在外壳底部，将正极极片的正极耳焊接在盖帽汇流片处后，将圆柱状卷芯烘烤后注入5.6-6.0g电解液，封本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用负极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将碳粉与金属粉进行充分混合研磨，于2900-3100℃高温进行石墨化，冷却后即完成掺杂；其中，金属粉为0.01-0.3wt％，碳粉补足100wt％，金属粉包括Cu、Ni和Ag中的一种或几种；/n2)将步骤1)中掺杂后的产物与酚醛树脂混合粉碎，加热至2700-3000℃，冷却后即完成碳包覆，得到人造石墨；其中酚醛树脂为4-7wt％，步骤1)中掺杂后的产物补足100wt％；/n3)再将人造石墨粉碎后，加入到导电炭黑的乙醇溶液中搅拌均匀，经过加热蒸发、干燥、粉碎以及1500-2000℃的高温热处理，冷却后得到负极活性物质；其中，人造石墨粉与导电炭黑的重量比为100：0.2-3.0；/n4)将步骤3)所得的负极活性物质、粘结剂、导电剂和悬浮剂混合，其中，负极活性物质占负极浆料的95.5wt％，粘结剂占负极浆料的1.5wt％，导电剂占负极浆料的1.8wt％，悬浮剂占负极浆料的1.2wt％；/n5)将步骤4)所得的混合物，加入溶剂，搅拌后制成固含量为40-52％的负极浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用负极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将碳粉与金属粉进行充分混合研磨，于2900-3100℃高温进行石墨化，冷却后即完成掺杂；其中，金属粉为0.01-0.3wt％，碳粉补足100wt％，金属粉包括Cu、Ni和Ag中的一种或几种；
2)将步骤1)中掺杂后的产物与酚醛树脂混合粉碎，加热至2700-3000℃，冷却后即完成碳包覆，得到人造石墨；其中酚醛树脂为4-7wt％，步骤1)中掺杂后的产物补足100wt％；
3)再将人造石墨粉碎后，加入到导电炭黑的乙醇溶液中搅拌均匀，经过加热蒸发、干燥、粉碎以及1500-2000℃的高温热处理，冷却后得到负极活性物质；其中，人造石墨粉与导电炭黑的重量比为100：0.2-3.0；
4)将步骤3)所得的负极活性物质、粘结剂、导电剂和悬浮剂混合，其中，负极活性物质占负极浆料的95.5wt％，粘结剂占负极浆料的1.5wt％，导电剂占负极浆料的1.8wt％，悬浮剂占负极浆料的1.2wt％；
5)将步骤4)所得的混合物，加入溶剂，搅拌后制成固含量为40-52％的负极浆料。


2.如权利要求1所述的锂离子电池用负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，粘结剂为丙烯酸类粘结剂，导电剂包括碳纳米管和/或SP。


3.如权利要求1所述的锂离子电池用负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，溶剂为去离子水。


4.一种负极极片，其特征在于：包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极浆料，涂覆后的负极极片的干燥温度为100-130℃，所述负极浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧瑞先，朱燕飞，黄国文，黄延新，刘耀，
申请(专利权)人：深圳市卓能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44