专利名称：一种锂离子电池负极及其使用该负极的锂离子电池的利记博彩app
技术领域：
本发明属于锂离子电池材料领域，更具体涉及一种改善了性能的锂离子电池的组成和方法。
背景技术：
锂离子电池自商业化以来，由于其能量密度高，工作电压高，无记忆效应，循环寿命长、对环境无污染等诸多优点被广泛用作各种移动设备的电源，也使其进入了大规模的实用阶段。锂离子电池特性可以通过改善电池的部件而开发出来，电池的性能依赖于电极、 电解液和包含其中的电池材料，而电极的特性依赖于电池的活性物质、集流体和粘结剂，粘结剂提供电池活性物质与集流体的粘合力，当粘结剂提供活性物质之间或者活性物质与集流体之间的强粘结力时，电子和锂离子在电极内平稳地移动并且电极内阻降低。目前锂离子电池水性负极极片一般采用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)作为粘结剂的，但是此类粘结剂模量较小，导致循环过程中，电池厚度变化较大，在方形软包电池中这一点表现的更为明显，明显地限制了锂电池的应用；另一方面，SBR耐电解液较差，一旦经过电解液浸泡后，粘结力明显减弱，因此循环过程中阳极片粘合力变差，导致锂电池显示出不良的循环寿命特性。
发明内容
本发明在于针对现有技术的不足而提供一种刚性较强的，低膨胀性能的锂离子电池的粘接剂，使用该粘接剂的锂离子电池具有良好抗膨胀性能。为了达到上述要求，本发明采用如下的技术方案本发明提供了一种锂离子电池负极，该负极包括集流体、涂敷在集流体上的负极材料，负极材料主要包括活性物质、导电剂以及粘结剂，其中，粘结剂采用纤维素类粘结剂， 粘结剂用量占负极材料总重量的"5% wt%。浆料配方中，粘结剂添加量过少(质量分数小于)，活性物质在浆料中分散效果差，制作的浆料稳定性较差，造成极片中的活性物质的分布不均勻，从而导致部分活性物质的的过充与过放，进而影响到电池的循环性能，另外，粘结剂过少，极片粘结较差，极片制作过程中，负极材料容易脱落。反之(质量分数大于5%)，粘结剂可能覆盖大部分活性物质表面，造成阳极阻抗增大，电池充电过程中容易析锂，影响电池性能。所述的纤维素类粘结剂为羧甲基纤维素钠，黄原胶和羟乙基纤维素，由于这些物质具有比较高的模量，较低的延展性，循环过程中，能有效地抑制石墨的膨胀。另一方面，粘结剂与电解液之间活性相对SBR，PVDF都较低，从而保证了电池的长循环性能，此外，由于其分子结构上有一定量的羧基，可以显著地改善与活性物质以及集流体的粘结。所述的纤维素类粘结剂的水溶液浓度为时，25°C下的粘度为50-1200mPa. S。 粘结剂粘度过高，制备浆料过程中固含量较低，造成极片干燥过程中负荷较大，浪费能源。
研究中发现，羧甲基纤维素钠合适的取代度为0. 6-1. 2，取代度不宜过大，否则粘度过高，造成粘结性变差，甚至影响到电池的容量发挥，取代度过低会造成羧甲基纤维素钠亲水性变差，不溶物会显著增加，影响浆料分散效果。大量研究发现，羧甲基纤维素钠的合适数均分子量为5万-100万，粘结比较适中，制备的电池性能最好。本发明还提供了一种锂离子电池负极，包括集流体、附着在集流体上的活性物质、 导电剂、纤维素类粘接剂，所述的粘接剂为上述的粘接剂，其中，活性物质导电剂纤维素类粘结剂=92 99 0 3 1 5。所述活性物质为碳材料或者合金材料。另外本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜及电解液，其中，所述的负极为上述负极。本发明的有益效果本发明采用纤维素类粘结剂代替传统羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶作为锂电池粘结剂后，实现了比传统粘结剂更为优越的粘结性能，同时制备的电池具有突出的优良性能， 主要体现在以下几个方面第一，低电池膨胀率。由于纤维素类粘结剂具有高模量，低膨胀延伸率的优良特性，可以明显地抑制了电池在循环过程中阳极片的膨胀，从而降低电池膨胀率。第二，低阻抗，高效率。在浆料制备过程中，由于其显著地改善了活性材料及导电碳的分散性能，使得电极中的活性物质以及导电碳分散更加均勻，降低了电池的电子电导率，从而提高电池的效率。第三，良好的长循环特性。一方面，纤维素类粘结剂中的羧基能够与活性物质、导电碳的羟基形成化学键，从而增强了活性物质和导电碳的结合力，当电极局部被破坏时，这种强极性的羧基和活性物质的羟基表现出良好的自修复效应，从而保证了电极的稳定性。 另一方面，由于粘结剂与电解液之间低反应活性，并具有良好的高耐电解液特性，循环过程中，活性物质的部分表面被粘结剂较好的覆盖，使得暴露中电解液中的表面大大减少，从而减少了电解液在活性物质颗粒表面的不可逆消耗，保证了电池的长循环性能。
图1为本发明实施例1与对比例1电芯制作过程中负极片的反弹曲线图；图2为本发明实施例1与对比例1制备的电池的交流阻抗谱图；图3本发明实施实例1和2与对比例1制成锂离子电池在45°C以0.7C充电和 0. 5C放电的循环图。图4本发明实施实例1与对比例1制成锂离子电池在45°C以0. 7C充电和0. 5C放电的循环过程中，电池膨胀率变化图。
具体实施例方式以下结合具体的实施例和附图来对本发明的内容进一步说明，但是本发明的发明保护范围并不仅仅局限于实施例所描述的内容。实施例1负极片的制备过程负极浆料配方按干料重量百分比计，由2. 5%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、1. 5%导电炭黑、96%负极活性物质三部分组成，其中负极活性物质采用人造石墨，羧甲基纤维素钠，其数均分子量约为50万，其水溶液25°C粘度150mPa. s，取代度为0. 8。浆料配置过程中，溶剂为水，水占总浆料的60%。首先按以上配方将水、羧甲基纤维素钠，加入到搅拌研磨机中，在真空状态下溶解完全，再按配方把导电炭黑加入已经有溶解好的水性高分子溶液中，快速搅拌研磨至细度为5μπι以下，最后按配方加入人造石墨，真空慢速搅拌均勻。用150目不锈钢筛网过滤即制得所需的负极浆料。将该浆料均勻地涂在8 μ m的铜箔两面，再用辊压机将极片压实，得到水性负极极片。正极片的制备过程正极使用钴酸锂(LiCoO2)作为活性物质。按照配方调制含有该活性物质的正极浆料，该浆料的固体成分包含90%的该正极活性物质，5%的PVDF(聚偏氟乙烯)作为粘接剂，5%的导电炭作为电传导助剂。该浆料使用NMP作为溶剂，浆料的固体含量为40%。按以上配方将N-甲基吡咯烷酮(NMP)、PVDF，加入到搅拌研磨机中，在真空状态下溶解完全，再按配方把导电炭黑加入到已经溶解好的油性高分子溶液中，快速搅拌研磨至细度为5μπι以下，最后按配方加入钴酸锂，真空搅拌均勻。用200目不锈钢筛网过滤即制得所需的正极浆料。将该浆料均勻地涂在12 μ m铝箔两面，再用辊压机将极片压实，得到油性正极极片。电池的组装在正极和负极极片上焊接导电极耳，使正极和负极中间夹有14um的PP/PE复合隔离膜而重叠，将其卷绕形成裸电芯，再用铝塑膜封装，并注入非水电解液，电池的电解液为 Imol/L的LiPF6溶液，主要溶剂由EC、PC、DMC混合而成，封装后对电池进行化成和老化测试，得到长宽厚为32mmX82mmX42mm的方形软包装电池。实施例2与实施例1不同之处在于负极配方97. 5%的该负极活性物质，羧甲基纤维素钠，1.5%导电炭黑作为电传导助剂。其中所采用的羧甲基纤维素钠取代度为1.0，分子量 100万，其水溶液25°C粘度1200mPa. s，其它与实施例1相同，这里不再赘述。实施例3与实施例1不同之处在于负极配方93. 5%的该负极活性物质，5%羧甲基纤维素钠，1.5%导电炭黑作为电传导助剂。其中所采用的羧甲基纤维素钠取代度为0.6，分子量5 万，其水溶液25°C粘度50mPa. s，其它与实施例1相同，这里不再赘述。实施例4与实施例1不同之处在于负极配方96. 5%的该负极活性物质，羧甲基纤维素钠，黄原胶，1.5%导电炭黑作为电传导助剂。其它与实施例1相同，这里不再赘述。实施例5与实施例1不同之处在于负极配方96. 5%的该负极活性物质，羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素钠，1.5%导电炭黑作为电传导助剂。其它与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例6与实施例1不同之处在于采用合金作为活性材料，浆料的固体成分中含有 93. 5%的该负极活性物质，5%羧甲基纤维素钠，1.5%导电炭黑作为电传导助剂。其它与实施例1相同，这里不再赘述。对比例1负极浆料配方按干料重量百分比计，由1. 0%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、1. 5%导电碳、96.0%人造石墨，1.5%丁苯橡胶(SBR)四部分组成，其中负极活性物质采用人造石墨，羧甲基纤维素钠，其数均分子量约为50万，其水溶液25°C粘度150mPa. s，取代度为 0. 8。浆料配置过程中，溶剂为水，水占总浆料的60%。按以上配方将水、羧甲基纤维素钠，加入到搅拌研磨机中，在真空状态下溶解完全，再按配方把导电炭黑加入到已经溶解好的水性高分子溶液中，快速搅拌研磨至细度为 5μπι以下，最后按配方加入人造石墨，真空慢速搅拌均勻。用150目不锈钢筛网试过滤，过滤性能良好后，调慢搅拌速度，再加入丁苯橡胶，真空缓慢搅拌以防止丁苯橡胶破乳，分散均勻后，即制得所需的负极浆料。其余采用与实施例1所述相同方式提供电极。性能测试方法极片粘结力测试取冷压后的阳极膜片，裁成20mm*10cm大小的矩形小片，用20mm宽的双面胶黏在洁净的不锈钢板上。采用拉力机测试极片180度剥离力，拉力机拉伸速度为50mm/min。为表征极片耐电解液浸泡性能，取裁剪后的阳极片，放置到电解液中，密闭后置于60度烘箱中，96小时后取出膜片，采用相同方法测试极片粘结力。极片反弹测试极片冷压后，用千分尺测试极片厚度，作为极片起始厚度。随后电芯制作过程中，依次在阳极片烘烤后、卷绕前，电芯夹具整形，电池第一次满充4. 2V，电池第一次放电 3. 0V,以及电压为3. 8V等几个阶段测试阳极片厚度，计算不同状态下极片反弹率。电池循环膨胀率测试电池循环前，采用高度规测试3. 8V电池厚度，记作电池原始厚度。循环过程中，用同样的方法测试电池在第10，20，30，40，60，80，100，200，300，400个循环后电池4. 2V满充厚度。电池膨胀率=(4. 2V电池厚度/3. 8V电池原始厚度_1)*100%上述实施例制备的负极片冷压后和浸泡电解液后，极片粘结力测试结果见表1 :表1不同实施例/对比例的极片粘结力与电阻
权利要求
1.一种锂离子电池负极，包括集流体、涂敷在集流体上的负极材料，所述的负极材料包括活性物质、导电剂以及粘结剂，其特征在于所述的粘结剂为纤维素类粘结剂，所述纤维素类粘接剂占负极材料总重量的-5% wt。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于所述的纤维素类粘结剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶或羟乙基纤维素中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池负极，其特征在于所述的纤维素类粘结剂的水溶液浓度为时，25°C下的粘度为50-1200mPa. s。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池负极，其特征在于所述羧甲基纤维素钠的取代度为 0. 6-1. 2。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池负极，其特征在于所述羧甲基纤维素钠的数均分子量为5万-100万。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于所述活性物质、导电剂、纤维素类粘结剂的质量比为92 99 0 3 1 5。
7.根据权利要求1或6所述的锂离子电池负极，其特征在于所述活性物质为碳材料或者合金材料。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于所述导电剂为导电炭黑。
9.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔离膜及电解液，其特征在于所述的负极为权利要求1至8任一项所述的负极。
全文摘要
本发明属于锂离子电池材料领域，提供了一种锂离子电池负极，包括集流体和涂敷在集流体上的负极材料，所述负极材料包括碳材料或者合金材料，所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠。羧甲基纤维素钠的取代度为0.6-1.2，数均分子量为5万-100万，其1％水溶液25℃粘度50-1200mPa.s。且其在负极材料中的质量百分数为1％-5％wt。使用该负极的锂离子电池解决了电池循环过中厚度膨胀大的缺陷，同时制备的电池具有安全可靠、循环寿命长的特点。
文档编号H01M4/62GK102368543SQ20111033899
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者曾秋梅, 柳娜, 许瑞, 谭欣欣, 赖旭伦, 邓耀明 申请人:东莞新能源科技有限公司, 宁德新能源科技有限公司