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CN104766944A - 一种锂离子二次电池负极极片及制备方法 - Google Patents

一种锂离子二次电池负极极片及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子二次电池负极极片及制备方法，通过在粘结剂丁苯橡胶分子表面嫁接官能团，减小丁苯橡胶分子粒径为75-85nm，使丁苯橡胶粘结剂具有良好的粘附性、分散性、稳定性，并采用特殊负极配方，所述负极极片所含组分重量百分比为：石墨混合物95.9～96.9％、炭黑0.8～1.2％、羟甲基纤维素钠1.5～1.8％、丁苯橡胶0.8～1.1％，制得的锂离子二次电池负极极片，提高了电池容量、减小电池电阻。

Description

一种锂离子二次电池负极极片及制备方法
技术领域
本发明属于锂离子二次电池领域，特别涉及一种锂离子二次电池负极极片及制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种大容量、高功率、放电电压高的电池，其主要应用于小型设备上，特别是移动电话、手提电脑、便携式电动工具。锂离子电池一般是由电池盖板组件、电池壳体、电解液以及由正、负极极片和隔膜纸卷绕成的电池单元组成。其中正极活性物质均匀地涂在正极极片上，负极活性物质也相应均匀地涂在负极极片上面。锂离子电池的电极制造，正极浆料由粘结剂、导电剂、正极材料等组成；负极浆料则由粘结剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程，而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。在正、负极浆料中，颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接影响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要，浆料分散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。
近年来，锂离子电池的研究和开发取得了可喜的成绩，特别是负极性能的改善和电解质体系的开发都取得了很大成果，但锂离子电池的安全性能及电池容量提升等的研究显得相对滞后，已成为制约锂离子电池市场和应用领域拓展的瓶颈。这主要是由于极片中的胶黏剂在时间长了之后发生老化或者在刚开始制作极片的时候本身粘结力不够强，使得活性物质和集流体分开，刺穿隔膜纸，造成短路。
目前锂离子电池水性负极极片一般都是用SBR(丁苯橡胶)作为粘结剂的，迫切需要开发新的胶黏剂技术，以解决水性负极极片容易出现掉料，年辊等问题。锂离子电池的负极是将负极活性物质、粘结剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池能否成功制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子电池的负极材料。现有锂离子二次电池采用普通型SBR(丁苯橡胶)作为粘结剂，粘结剂SBR(丁苯橡胶)在负极极片中含量影响锂电池中其他物质的比例，对电池容量、电阻也有影响。
发明内容
为解决现有的锂离子负极极片电池容量不高、电阻大的缺陷，本发明提供一种锂离子二次电池负极极片，通过使用改性的SBR(丁苯橡胶)，并使用改进的负极配方，负极活性物质含量比例变大，提高了电池容量，减小电阻，该锂离子二次电池负极极片的制备方法包括如下操作步骤：
(1)将增稠剂CMC(羧甲基纤维素钠)和水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(2)加入导电剂SP(炭黑)，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(4)再加入SBR(丁苯橡胶)，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，最后加入剩余5％-10％的水溶剂，用粘度计进行测量，调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
进一步的，所述SBR(丁苯橡胶)购于JSR株式会社，产品全称丁二烯苯乙烯橡胶(丁苯橡胶)，型号TRD102A。
更进一步的，所述石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，两者比例可从80∶20到1∶100进行调整。
由以上方法制成的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明制成的锂离子二次电池负极极片采用改性的SBR(丁苯橡胶)做粘结剂，通过在丁苯橡胶表面嫁接官能团，使粘结剂具有良好的粘附性、分散性、稳定性，在负极配方固体物质含量中，通过使用少量的粘结剂达到更好的粘性，增加石墨混合物的含量，即提高了锂离子二次电池中活性物质的比率，减小电池电阻，提高电池容量。
具体实施例
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以上石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，为锂离子电池的主材料，天然石墨克容量要高一些，加工性能更好，人造石墨的循环性能更优异，根据产品型号天然石墨和人造石墨的混合比例可从80∶20到1∶100进行调整，导电剂为炭黑(SP)，导电剂能提高导电能力，补偿负极活性物质的电子导电性，提高反应深度及利用率，防止枝晶形成，提高反应界面，减少极化，增稠剂为CMC(羟甲基纤维素钠)，粘结剂为SBR(丁苯橡胶)，能将石墨，导电剂与铜箔粘结在一起的小分子线性链状乳液，以上配方采用溶剂为去离子水，其用量根据需要进行调整。
实施例一
该锂离子二次电池负极极片的制备方法包括如下操作步骤：
(1)将增稠剂CMC(羧甲基纤维素钠)和水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(2)加入导电剂SP(炭黑)，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(4)再加入SBR(丁苯橡胶)，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，白转转速20Hz，最后加入剩余5％-10％的水溶剂，用粘度计进行测量，调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
以上所述SBR(丁苯橡胶)购于JSR株式会社，产品全称丁二烯苯乙烯橡胶(丁苯橡胶)，型号TRD102A，产品状态呈乳液状，此粘结剂分子表面嫁接有其他官能团，使粘结剂具有良好的粘附性、分散性、稳定性，同时SBR(丁苯橡胶)的粒径减少到75-85nm，普通SBR(丁苯橡胶)一般在120-150nm，粒径减小可增加与活性物质的接触点，附着力强。此改性SBR(丁苯橡胶)主要是在SBR(丁苯橡胶)上面嫁接官能团，提高了其粘接性能，故在投入到锂电池的使用过程中，减少改性SBR(丁苯橡胶)用量也可达到多加普通SBR(丁苯橡胶)的效果，在负极极片干燥时，粘结剂会向上迁移到极片表面，此配方SBR(丁苯橡胶)含量减少。
由以上方法制成的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例二
由实施例一所述方法制备的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例三
由实施例一所述方法制备的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例四
由实施例一所述方法制备的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例五
由实施例一所述方法制备的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
实施例六
由实施例一所述方法制备的锂离子二次电池负极极片，所述极片所含组分重量百分比为：
负极极片采用以上配方，主要通过使用改性粘接剂SBR，提高锂离子电池中负极活性物质的比例，即减少SBR粘接剂的用量，从而达到提高电池负极主材料的活性物质比例，从而达到在同样重量及厚度的前提下，提高负极容量的作用，同时也降低了电池电阻。
与现有技术相比，采用普通型锂离子二次电池，以523450AR电池为例，使用SBR(丁苯橡胶)做粘结剂，负极活性物质占比为95.3％左右，电池容量为1000mAh，采用本发明改性的SBR(丁苯橡胶)做粘结剂，负极活性物质占比为96.3％左右，电池容量为1050mAh，提高了锂离子二次电池中活性物质的比例，减少电池电阻，提高电池容量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种锂离子二次电池负极极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将增稠剂羧甲基纤维素钠、水溶剂按照重量百分比1.5％～2％、98％～98.5％进行混合，用锂电搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，搅拌3个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(2)加入导电剂炭黑，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速35Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌1个小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(3)加入活性物质石墨混合物，搅拌机设置公转转速30Hz，自转转速30Hz，抽真空至-0.08MPa再搅拌2.5小时，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
(4)再加入丁苯橡胶，抽真空至-0.08MPa继续搅拌1小时，搅拌机设置公转转速20Hz，自转转速20Hz，用粘度计进行测量，加入适量水调节到浆料粘度在2000-3000mPa.s，浆料按设计型号经过涂布、辊压、分切为所需要尺寸的锂离子二次电池负极极片，环境参数为温度15-35℃，湿度≤80％。
2.根据权利要求1所述锂离子二次电池负极极片的制备方法，其特征在于：所述丁苯橡胶购于JSR株式会社，产品全称丁二烯苯乙烯橡胶(丁苯橡胶)，型号TRD102A。
3.一种锂离子二次电池负极极片，其特征在于：负极极片采用权利要求1至3中所述方法制得，所述极片的组分重量百分比为：石墨混合物95.9～96.9％、炭黑0.8～1.2％、羟甲基纤维素钠1.5～1.8％、丁苯橡胶0.8～1.1％。
4.根据权利要求4所述的锂离子二次电池负极极片，其特征在于：所述石墨混合物为天然石墨和人造石墨的混合物，两者比例可从80∶20到1∶100进行调整。
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Denomination of invention: Lithium ion secondary battery negative pole piece and preparation method thereof

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