锂离子电池负极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片包括集流体、与所述集流体接触的第一活性物质层和与所述第一活性物质层接触的第二活性物质层，其中所述第一活性物质层中的活性物质为石墨；所述第二活性物质层中的活性物质为石墨和硬碳的二元混合材料。本发明专利技术通过双层涂布技术，首先在集流体上涂布一层高压实、高容量、粘接力高的石墨材料，再在此基础上涂布第二层石墨/硬碳复合浆料，通过这种复合浆料和双层涂布的方式，充分发挥了石墨和硬碳的优点，通过垂直集流体方向上的不同分布，改善负极极片的快充性能，制备了一种高快充性能、高压实的负极极片。高压实的负极极片。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池负极极片的制备方法和应用，尤其涉及一种高功率快充锂离子电池用硬碳复合负极材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前的锂离子电池负极主要为石墨、硬碳、软碳、硅基材料等，不同负极具有不同的特性。如石墨材料价格便宜、性质稳定、电压平台低，是目前应用最为广泛的负极材料。但是其膨胀、循环和动力学相对一般。而硬碳是一类层间距大、动力学好、嵌锂应变小、容量高的非晶碳材料，但是其存在首效低、压实低、易吸水、电压滞后现象明显的问题。目前已有一些报道将石墨和硬碳混合以发挥二者性能，但是这种简单的机械混合方式并不能完全发挥二者的优点。
[0003]目前锂离子电池负极材料主要是通过降低粒径、碳化包覆改善石墨快充性能，但是石墨材料的快充能力很难再有很大的提升。硬碳作为一种快充性能优异的非晶碳材料，存在加工困难、压实较低、电压滞后、首效低等问题。若仅是采用机械混合石墨和硬碳的方式，很难发挥两者的优点。已经有一些专利通过双层涂布技术，在负极铜集流体上涂布双层负极浆料，如先涂布一层第一类石墨浆料，再在第一层石墨上涂布一层硅氧浆料或第二类石墨浆料。一般来说，第一层浆料因为和集流体直接接触，通常选择高压实、高容量、粘接力高的材料。而第二层浆料一般选用动力学好的材料，用于锂离子的快速脱嵌。
[0004]如何实现负极极片高压实、低阻抗和低成本的优点来提升电池的高功率快充能力是锂离子电池负极材料的重要研究方向。

技术实现思路
/>[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池负极极片及其制备方法和应用，尤其提供一种高功率快充锂离子电池用硬碳复合负极材料及其制备方法和应用，本专利技术的负极片具有高压实、低阻抗、低成本等特点，能够显著提升电池的快充能力。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体、与所述集流体接触的第一活性物质层和与所述第一活性物质层接触的第二活性物质层，其中所述第一活性物质层中的活性物质为石墨；所述第二活性物质层中的活性物质为石墨和硬碳的二元混合材料。
[0008]本专利技术通过双层涂布技术，首先在集流体上涂布一层高压实、高容量、粘接力高的石墨材料，再在此基础上涂布第二层石墨/硬碳复合浆料，通过这种复合浆料和双层涂布的方式，充分发挥了石墨和硬碳的优点，通过垂直集流体方向上的不同分布，改善负极极片的快充性能，制备了一种高快充性能、高压实的负极极片。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的质量
比为4:6～6:4，所述质量比可以是4:6、5:5或6:4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0010]作为本专利技术优选的技术方案，所述集流体包括铜集流体或涂碳铜集流体。
[0011]优选地，所述石墨包括人造石墨、天然石墨、包覆石墨或未包覆石墨中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：人造石墨和天然石墨的组合、天然石墨和包覆石墨的组合、包覆石墨和未包覆石墨的组合或人造石墨和包覆石墨的组合等。
[0012]优选地，所述硬碳的原料包括酚醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有酚醛树脂和环氧树脂的组合、环氧树脂和聚苯乙烯的组合、聚苯乙烯和聚氯乙烯的组合或酚醛树脂和聚苯乙烯的组合等。
[0013]优选地，所述所述第二活性物质层中的石墨和所述第二活性物质层中的硬碳的质量比为6:4～9:1，所述质量比可以是6:4、7:3、8:2或9:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术的目的之二在于提供一种如第一方面所述的锂离子电池负极极片的制备方法，所述负极极片的制备方法包括以下步骤：
[0015]将导电剂与溶解增稠剂的第一溶剂进行第一混合，加入活性物质的粉料进行第二混合，再加入第二溶剂进行第一分散处理，最后加入粘结剂进行第一调粘，以制备得到第一活性物质层的前驱体；
[0016]将导电剂与溶解增稠剂的第三溶剂进行第三混合，加入活性物质的粉料进行第四混合，再加入第四溶剂进行第二分散处理，最后加入粘结剂进行第二调粘，以制备得到第二活性物质层的前驱体；
[0017]将第一活性物质层的前驱体均匀涂覆在集流体上，经过烘干处理，以制备得到第一活性物质层；
[0018]将第二活性物质层的前驱体均匀涂覆在第一活性物质层上，经过烘干处理，以制备得到第二活性物质层。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述第一混合中所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酸钠。
[0020]优选地，所述增稠剂的重量份为0.5～1.5份，所述重量份可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述第一混合中所述导电剂包括导电碳黑、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：导电碳黑和碳纳米管的组合、碳纳米管和石墨烯的组合或导电碳黑和石墨烯的组合等。
[0022]优选地，所述导电剂的重量份为0.5～1.5份，所述重量份可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述第一溶剂包括去离子水或N
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甲基吡咯烷酮。
[0024]优选地，所述第一溶剂的重量份为50～60份，所述重量份可以是50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份或60份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述第二混合中所述活性物质的重量份为95～100份，所述重量份可以是95份、96份、97份、98份、99份或100份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述第二溶剂包括离子水或N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0027]优选地，所述第二溶剂的重量份为10～20份，所述重量份可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，所述第一调粘中所述粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸钠、瓜尔胶、黄原胶或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：丁苯橡胶和聚偏二氟乙烯的组合、聚偏二氟乙烯和聚丙烯酸钠的组合、聚丙烯酸钠和瓜尔胶的组合、瓜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体、与所述集流体接触的第一活性物质层和与所述第一活性物质层接触的第二活性物质层，其中所述第一活性物质层中的活性物质为石墨；所述第二活性物质层中的活性物质为石墨和硬碳的二元混合材料。2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一活性物质层与所述第二活性物质层的质量比为4:6～6:4。3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述集流体包括铜集流体或涂碳铜集流体；优选地，所述石墨包括人造石墨、天然石墨、包覆石墨或未包覆石墨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硬碳的原料包括酚醛树脂、环氧树脂、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第二活性物质层中的石墨和所述第二活性物质层中的硬碳的质量比为6:4～9:1。4.一种根据权利要求1
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3任一项所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将导电剂与溶解增稠剂的第一溶剂进行第一混合，加入活性物质的粉料进行第二混合，再加入第二溶剂进行第一分散处理，最后加入粘结剂进行第一调粘，以制备得到第一活性物质层的前驱体；将导电剂与溶解增稠剂的第三溶剂进行第三混合，加入活性物质的粉料进行第四混合，再加入第四溶剂进行第二分散处理，最后加入粘结剂进行第二调粘，以制备得到第二活性物质层的前驱体；将第一活性物质层的前驱体均匀涂覆在集流体上，经过烘干处理，以制备得到第一活性物质层；以及将第二活性物质层的前驱体均匀涂覆在第一活性物质层上，经过烘干处理，以制备得到第二活性物质层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合中所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酸钠；优选地，所述增稠剂的重量份为0.5～1.5份；优选地，所述第一混合中所述导电剂包括导电碳黑、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电剂的重量份为0.5～1.5份；优选地，所述第一溶剂包括去离子水或N
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甲基吡咯烷酮；优选地，所述第一溶剂的重量份为50～60份；优选地，所述第二混合中所述活性物质的重量份为95～100份；优选地，所述第二溶剂包括离子水或N
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甲基吡咯烷酮；优选地，所述第二溶剂的重量份为10～20份；优选地，所述第一调粘中所述粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸钠、瓜尔胶、黄原胶或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述粘结剂的重量份为0.5～1.5份。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述第三混合中所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠和/或聚丙烯酸钠；优选地，所述增稠剂的重量份为0.5～1.5份；优选地，所述第三混合中所述导电剂包括导电碳黑、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电剂的重量份为0.5～1.5份；优选地，所述第三溶剂包括去离子水或N
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甲基吡咯烷酮；优选地，所述第三溶剂的重量份为50～60份；优选地，所述第四混合中所述活性物质的重量份为95～100份；优选地，所述第四溶剂包括离子水或N
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甲基吡咯烷酮；优选地，所述第四溶剂的重量份为10～20份；优选地，所述第二调粘中所述粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸钠、瓜尔胶、黄原胶或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述粘结剂的重量份为0.5～1.5份。7.根据权利要求4
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6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合的搅拌时间为10～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：