專利名稱：一種鋰離子電池負極及鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極，以及包含該負極的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
羧甲基纖維素鈉(CMC)是一種常用的親水性高分子粘結(jié)劑，常常與鋰離子電池常 用的疏水性高分子粘結(jié)劑，例如丁苯橡膠(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁腈橡膠(NBR)等組 合使用?？梢杂米麂囯x子電池粘結(jié)劑的CMC有很多種，也就是說，可以用作鋰離子電池粘結(jié) 劑的CMC的分子量、分子結(jié)構(gòu)均可以有很多種選擇。然而，當重均分子量不大于5X105的 CMC與疏水性高分子粘結(jié)劑組合用作鋰離子電池負極粘結(jié)劑時，常存在如下問題碳材料 在負極漿料中的分散性降低，制成的負極片均勻性較差，從而使電池的低溫放電性能較差。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決重均分子量不大于5X 105的羧甲基纖維素鈉(CMC)與疏水性高分子粘 結(jié)劑組合使用時，電池的低溫放電性能較差的技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供一種鋰離子電池 負極，包括負極集流體和涂敷和/或填充在負極集流體上的負極材料，所述負極材料包括 碳材料和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括疏水性高分子粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖 維素鈉的重均分子量10X 105 12X 105，取代度0. 65 0. 9，且其在負極材料中的質(zhì)量百 分含量為0. 5 0. 7wt%。為了解決重均分子量不大于5X 105的羧甲基纖維素鈉(CMC)與疏水性高分子粘 結(jié)劑組合使用時，電池的低溫放電性能較差的技術(shù)問題，本發(fā)明進而提供一種鋰離子電池， 包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，電極組包括依次卷繞 或疊置的正極、隔膜和負極，所述負極采用根據(jù)本發(fā)明所述的鋰離子電池負極。本發(fā)明的技術(shù)方案是選用重均分子量10X 105 12X 105，取代度0. 65 0. 9的 羧甲基纖維素鈉(CMC)作為鋰離子電池負極粘結(jié)劑之一，且這種羧甲基纖維素鈉(CMC)在 負極材料中的質(zhì)量百分含量為0. 5 0. 7wt%。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用重均分子量不大于5X105的羧 甲基纖維素鈉(CMC)作為鋰離子電池負極粘結(jié)劑配制負極漿料時，碳材料在負極漿料中的 分散性較差，使制成的負極片的均勻性較差，從而使電池的低溫放電性能較差的技術(shù)問題， 使電池在-30°C 0°C時的低溫放電性能較使用重均分子量不大于5X 105的羧甲基纖維素 鈉(CMC)時至少提高20mAh。另外，常溫下電池高倍率放電容量(大于1C放電測試測得) 也較使用重均分子量不大于5 X105的羧甲基纖維素鈉(CMC)時至少提高24mAh。
具體實施例方式下面詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明首先提供一種鋰離子電池負極，包括負極集流體和涂敷和/或填充在負極 集流體上的負極材料，所述負極材料包括碳材料和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括疏水性高分子粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖維素鈉的重均分子量10X105 12X105，取代度 0. 65 0. 9，且其在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0. 5 0. 7wt%。羧甲基纖維素鈉的取代度是指平均每個失水葡萄糖單元上被羧甲基取代的羥基 數(shù)目。本發(fā)明具體實施方式
選用重均分子量10X 105 12X 105，取代度0. 65 0. 9的 羧甲基纖維素鈉(CMC)，且這種羧甲基纖維素鈉在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0.5 0.7wt%。若這種CMC在負極材料中的質(zhì)量百分含量低于0.5wt%，則所配成的負極漿 料的粘度不夠，負極材料在負極集流體上的附著力較低，電池使用過程中容易掉料；高于 0. 7wt %，則起不到改善碳材料顆粒在負極漿料中分散性較差的作用。優(yōu)選的方案是所述羧甲基纖維素鈉在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0.5 0. 7wt%，且羧甲基纖維素鈉在負極材料中的質(zhì)量百分含量與所述疏水性高分子粘結(jié)劑在 負極材料中的質(zhì)量百分含量之比為0. 2 0. 4。這樣，制成的電池的低溫放電性能更好。 疏水性高分子粘結(jié)劑的選擇沒有特殊要求，可選用鋰離子電池中常用的疏水性高分子粘 結(jié)劑，例如丁苯橡膠(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁腈橡膠(NBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)等， 優(yōu)選鋰離子電池中常用的丁苯橡膠(sBR)粘結(jié)劑。更優(yōu)選丁苯橡膠(SBR)與重均分子量 10X105 12父105、取代度0. 65 0.9的羧甲基纖維素鈉以質(zhì)量比0. 2 0. 4(即SBR占 負極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量與CMC占負極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量之比)混合使 用作為鋰離子電池負極粘結(jié)劑，且羧甲基纖維素鈉在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0. 5 0. 7wt%，這樣，在改善電池的低溫放電性能的同時，提高了電池的高倍率放電性能。根據(jù)本領(lǐng)域公知常識，鋰離子電池負極上碳材料的作用是可嵌入-脫出Li+的 負極活性物質(zhì)，其選擇沒有特殊要求，可選的例子包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球 (MCMB)、石油焦炭、碳纖維、裂解聚合物等。碳材料的顆粒的平均粒徑(或稱粒度)沒有特 殊要求，可以根據(jù)本領(lǐng)域公知技術(shù)進行選擇，例如，優(yōu)選400目以上。碳材料的重量占負極 材料總重量的百分含量也沒有特殊要求，可以根據(jù)本領(lǐng)域公知技術(shù)進行選擇，例如，優(yōu)選不 低于90wt %，這樣，電池的實際放電容量較高。根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的一種鋰離子電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電 極組和電解液密封在電池殼體內(nèi)，電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負極，所述負 極采用本發(fā)明具體實施方式
所述的鋰離子電池負極。根據(jù)本發(fā)明具體實施方式
的鋰離子電池的正極活性物質(zhì)的選擇、正極導電劑和粘 結(jié)劑的選擇、正極片的制備、電解液的配方以及電池的制備等均沒有特殊要求，可以按照本 領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)進行選擇，在此不再贅述。實施例11.鋰離子電池負極片的制備將質(zhì)量比P15B-CH AQUD4020 丁苯橡膠(SBR) H20 = 100 0. 6 2. 5 110 混合上述各組分，25°C下以700rpm的攪拌速率攪拌2. 5h，配成鋰離子電池負極漿料。其中，P15B-CH是導電劑石墨的商品型號(平均粒徑均為19. 51iim的天然石墨、 人造石墨按質(zhì)量比1 1混合成的混合石墨，日本炭素公司生產(chǎn))，AQUD4020是羧甲基纖維 素鈉(CMC)的商品型號(Hercules公司生產(chǎn))，其重均分子量11. 5X 105，取代度0. 7。然后，將得到的負極漿料涂布在Sym厚的銅箔上，90°C干燥lOmin，然后用壓片機壓片，最后切片，得到長X寬X厚=55cmX3. 5cmX110iim的鋰離子電池負極片。2.鋰離子電池正極片的制備按照質(zhì)量比LiCo02(電池級，比亞迪生產(chǎn)，型號CP02)乙炔黑A(商品型號KS6， Timcal公司)乙炔黑B(SUPER-P，Timcal公司)PVDF(商品型號9100，吳羽化學公 司)N-甲基吡咯烷酮(NMP) = 100 2 3 3. 5 110配制正極漿料，攪拌均勻后涂 在12i!m厚的鋁箔上，然后100°C干燥lOmin，然后用壓片機壓片，最后切片，得到長X寬X 高=55cmX3. 5cmX100iim的鋰離子電池正極片。3.鋰離子電池的制備將上述步驟制得的鋰離子電池正極片、負極片與厚25 ym的聚丙烯膜隔膜按照正 極片、隔膜、負極片的次序依次疊放，然后卷繞，制成鋰離子電池的極芯。將該極芯放入高 50mm、厚5mm、寬34mm的鋼制方型鋰離子電池外殼中，然后注入3. 8g電解液，最后密封電池 外殼，制成LP053450AR0U型方型鋰離子電池。電解液的成分是lmol/L的LiPF6(電解質(zhì) 鹽)溶于按照體積比碳酸乙烯酯(EC)碳酸二甲酯(DMC) = 1 1混合而成的混合溶劑 中。得到的鋰離子電池的設(shè)計容量(即理論放電容量)C = 720mAh。電池常溫下以 0. 5C放電進行放電容量測試得到的放電容量為常溫實際放電容量。測得的電池常溫實際放 電容量為753mAh。然后對100個這樣的電池分別以不同倍率放電進行放電容量測試，和不同溫度下 以0. 5C放電的放電容量測試，結(jié)果分別如下表1和下表2所示。表中的測試結(jié)果均為100 個測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。對比例1按照實施例1中的方法，不同的是鋰離子電池負極漿料的配方不同。本對比例的鋰 離子電池負極漿料的配方是質(zhì)量比P15B-CH BVH8 SBR H20 = 100 1. 5 2. 5 110。其中，BVH8是羧甲基纖維素鈉(CMC)的商品型號(Hercules公司生產(chǎn))，其重均分 子量5 X105，取代度0.9。得到的鋰離子電池的設(shè)計容量(即理論放電容量)C = 720mAh。電池常溫下以 0. 5C放電進行放電容量測試得到的放電容量為常溫實際放電容量。測得的電池常溫實際放 電容量為734mAh。然后對100個這樣的電池分別以不同倍率放電進行放電容量測試，和不同溫度下 以0. 5C放電的放電容量測試，結(jié)果分別如下表1和下表2所示。表中的測試結(jié)果均為100 個測試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。表1常溫下實施例和對比例的電池的不同倍率放電容量測試結(jié)果 表2常溫下實施例和對比例的電池的不同倍率放電容量測試結(jié)果 表3不同溫度下實施例和對比例的電池0. 5C放電容量測試結(jié)果 表4不同溫度下實施例和對比例的電池0. 5C放電容量測試結(jié)果比較 比較實施例和對比例的電池性能測試結(jié)果可以看出1.實施例和對比例的電池常溫設(shè)計容量相同，但實施例的電池常溫實際放電容量 比對比例的電池的常溫放電容量高約lOmAh。2.表1和表2的結(jié)果表明，常溫下分別以1C、2C、3C放電時，實施例電池的放電容 量及其與電池實際放電容量(常溫下0. 5C放電測試得到)的比值均高于對比例，說明實施 例的電池在常溫下的高倍率放電(不小于1C放電)性能好與對比例的電池。3.表3和表4的結(jié)果表明，0°C、-10°C、_20°C、_30°C下實施例的電池的放電容量 (以0. 5C放電進行測試)及其與電池常溫放電容量(25°C，0. 5C放電)的比值均高于對比 例，說明實施例的電池的低溫放電性能好與對比例。表5 本發(fā)明實施例所用試劑和原料 表6 本發(fā)明實施例所用各種測試方法及儀器
權(quán)利要求
一種鋰離子電池負極，包括負極集流體和涂敷和/或填充在負極集流體上的負極材料，所述負極材料包括碳材料和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括疏水性高分子粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉，其特征在于，所述羧甲基纖維素鈉的重均分子量10×105～12×105，取代度0.65～0.9，且其在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0.5～0.7wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子電池負極，其特征在于，所述羧甲基纖維素鈉占所述負 極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量與丁苯橡膠占所述負極材料總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量之比為 0. 2 0. 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的鋰離子電池負極，其特征在于，所述疏水性高分子粘結(jié)劑包括丁 苯橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰離子電池負極，其特征在于，以所述負極材料的總重量計，碳材 料占負極材料的總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量不低于90wt%。
5.一種鋰離子電池，包括電池殼體、電極組和電解液，電極組和電解液密封在電池殼體 內(nèi)，電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負極，其特征在于，所述負極采用權(quán)利要求 1 5任意一項所述的鋰離子電池負極。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子二次電池領(lǐng)域，提供一種鋰離子電池負極，包括負極集流體和涂敷和/或填充在負極集流體上的負極材料，所述負極材料包括碳材料和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括疏水性高分子粘結(jié)劑和羧甲基纖維素鈉，所述羧甲基纖維素鈉的重均分子量10×105～12×105，取代度0.65～0.9，且其在負極材料中的質(zhì)量百分含量為0.5～0.7wt％。使用該負極的鋰離子二次電池解決了負極使用一種常用的重均分子量低于50×104的羧甲基纖維素鈉(CMC)時，低溫放電容量較低的缺陷，使電池的低溫放電容量得到提高，另外，電池的高倍率放電性能也得到改善。
文檔編號H01M10/36GK101877393SQ20091005046
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者朱江 申請人:上海比亞迪有限公司