鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法。所述鋰離子電池的負(fù)極極片，包括：負(fù)極集流體；負(fù)極活性材料層，含有負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑、以及負(fù)極活性材料且涂覆在負(fù)極集流體上；改性的多孔離子聚合物層，涂覆在負(fù)極活性材料層表面。其中，所述改性的多孔離子聚合物層為聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層。所述鋰離子電池包括上述鋰離子電池的負(fù)極極片。本發(fā)明降低了鋰離子電池的變形率，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能以及耐過充性能。
【專利說明】鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因具有較高的能量密度以及環(huán)境友好等優(yōu)點，在便攜式電子設(shè)備以及電動車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]但是，鋰離子電池在使用過程中，電芯本體會出現(xiàn)凹凸、波浪或局部厚度增加等不可逆的變形現(xiàn)象，當(dāng)變形嚴(yán)重時，電子移動終端設(shè)備無法容納鋰離子電池，可能撐破設(shè)備，影響設(shè)備的正常使用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生以上問題的原因主要有以下三個方面:(1)在卷繞電芯時，沒有在極片和隔離膜之間預(yù)留多余的空間，導(dǎo)致卷繞好的電芯內(nèi)部具有較大的內(nèi)應(yīng)力；(2)制備出的鋰離子電池經(jīng)過充放電之后，負(fù)極極片由于嵌鋰，造成其厚度明顯增加；(3)在集流體上涂布活性材料漿料的過程中，由于活性材料漿料中使用的粘結(jié)劑的粘結(jié)強度較大，在涂布完成之后會發(fā)生收縮。
[0004]針對以上問題，目前的改善方法是在負(fù)極活性材料層表面涂覆多孔聚偏氟乙烯(PVDF)層，但傳統(tǒng)的多孔聚偏氟乙烯(PVDF)的結(jié)構(gòu)比較松散，極易坍塌，因此，鋰離子電池的變形問題仍然沒有得到很好的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法，其降低了鋰離子電池的變形率，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能以及耐過充性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的負(fù)極極片，其包括:負(fù)極集流體；負(fù)極活性材料層，含有負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑、以及負(fù)極活性材料且涂覆在負(fù)極集流體上；改性的多孔離子聚合物層，涂覆在負(fù)極活性材料層表面。其中，所述改性的多孔離子聚合物層為聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層。
[0007]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，包括步驟:(I)將負(fù)極活性材料、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑以及負(fù)極分散劑按照適當(dāng)比例充分混合得到負(fù)極活性材料漿料，將負(fù)極活性材料漿料涂覆在負(fù)極集流體上，經(jīng)干燥后得到負(fù)極活性材料層；(2)將多孔離子聚合物和聚酰亞胺單體分散在有機溶劑中，在常溫下攪拌，得到復(fù)合漿料；(3)將復(fù)合漿料涂覆在負(fù)極活性材料層的表面，干燥后，在真空下或者保護氣體保護下加熱并保溫，以使聚酰亞胺單體聚合，冷卻后即形成聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層，得到鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0008]在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，包括:正極極片；負(fù)極極片；隔離膜，間隔于正極極片和負(fù)極極片之間；電解液；以及包裝箔。其中，所述負(fù)極極片為根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:[0010]1.傳統(tǒng)的多孔離子聚合物層的結(jié)構(gòu)松散，極易坍塌，本發(fā)明的多孔離子聚合物層經(jīng)過聚酰亞胺改性，聚酰亞胺單體在高溫下會發(fā)生聚合反應(yīng)，聚合之后形成的聚酰亞胺的強度接近金屬，可以對多孔離子聚合物層起到支撐作用，使多孔離子聚合物層的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
[0011]2.多孔離子聚合物層的多孔結(jié)構(gòu)能夠保證鋰離子電池中鋰離子的遷移的暢通，從而保證了鋰離子電池的循環(huán)性能。
[0012]3.當(dāng)鋰離子電池中的電解液浸潤負(fù)極極片之后，由于改性的多孔離子聚合物層含有具有多孔結(jié)構(gòu)的多孔離子聚合物以及具有支撐作用的聚酰亞胺，降低了鋰離子電池的溶脹變形。
[0013]4.經(jīng)聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層為負(fù)極極片在充放電過程中的膨脹預(yù)留了緩沖空間，可以明顯改善鋰離子電池的變形問題。
[0014]5.經(jīng)聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層可以在負(fù)極極片表面形成微觀的物理性阻隔，減少鋰枝晶對隔離膜的刺穿，提高鋰離子電池的耐過充性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的鋰離子電池的負(fù)極極片的橫截面示意圖；
[0016]圖2為對比例2中未改性的多孔聚偏氟乙烯(PVDF)層的SEM照片；
[0017]圖3為實施例1中改性的多孔聚偏氟乙烯(PVDF)層的SEM照片。
【具體實施方式】
[0018]下面詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池及其負(fù)極極片及制備方法以及對比例、實施例以及測試結(jié)果。
[0019]首先說明根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0020]根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片，如圖1所示，包括:負(fù)極集流體；負(fù)極活性材料層，含有負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑、以及負(fù)極活性材料且涂覆在負(fù)極集流體上；改性的多孔離子聚合物層，涂覆在負(fù)極活性材料層表面。所述改性的多孔離子聚合物層為聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極活性材料層的厚度可為 20 μ m ?100 μ m。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述改性的多孔離子聚合物層的厚度可為I μ m?10 μ m。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述改性的多孔離子聚合物層的多孔離子聚合物可為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇(PVA)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一種或幾種。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述改性的多孔離子聚合物層的多孔離子聚合物的孔隙率可為40%?65%。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極活性材料可為天然石墨、人造石墨、硅合金、硅碳復(fù)合材料以及鈦酸鋰中的一種或幾種。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極導(dǎo)電劑可為乙炔黑、碳纖維(VGCF)、碳納米管(CNT)以及導(dǎo)電炭黑(Super-P)中的一種或幾種。
[0027]在根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極粘結(jié)劑可為丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯以及羧甲基纖維素鈉(CMC)中的一種或幾種。
[0028]其次說明根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法。
[0029]根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，包括步驟:(I)將負(fù)極活性材料、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑以及負(fù)極分散劑按照適當(dāng)比例充分混合得到負(fù)極活性材料漿料，將負(fù)極活性材料漿料涂覆在負(fù)極集流體上，經(jīng)干燥后得到負(fù)極活性材料層；
(2)將多孔離子聚合物和聚酰亞胺單體分散在有機溶劑中，在常溫下攪拌，得到復(fù)合漿料；
(3)將復(fù)合漿料涂覆在負(fù)極活性材料層的表面，干燥后，在真空下或者保護氣體保護下加熱并保溫，以使聚酰亞胺單體聚合，冷卻后即形成聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層，得到鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0030]在根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法中，所述負(fù)極分散劑可為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纖維素鈉(CMC)以及聚乙烯醇(PVA)中的一種或幾種。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法中，所述有機溶劑可為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、甲苯、四氫呋喃以及二氯甲烷中的一種或幾種。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法中，所述聚酰亞胺單體的質(zhì)量可為多孔離子聚合物的質(zhì)量的20%~30%。
[0033]在根據(jù)本發(fā)明第二方面的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法中，所述聚酰亞胺單體可為單體A和單體B的預(yù)混物，
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池的負(fù)極極片，包括: 負(fù)極集流體； 負(fù)極活性材料層，含有負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑、以及負(fù)極活性材料且涂覆在負(fù)極集流體上； 改性的多孔離子聚合物層，涂覆在負(fù)極活性材料層表面； 其特征在于，所述改性的多孔離子聚合物層為聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的負(fù)極極片，其特征在于， 所述負(fù)極活性材料層的厚度為20 μ m~100 μ m ; 所述改性的多孔離子聚合物層的厚度為I μ m~10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的負(fù)極極片，其特征在于，所述改性的多孔離子聚合物層的多孔離子聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇(PVA)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池的負(fù)極極片，其特征在于，所述改性的多孔離子聚合物層的多孔離子聚合物的孔隙率為40%~65%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的負(fù)極極片，其特征在于， 所述負(fù)極活性材料為天然石墨、人造石墨、硅合金、硅碳復(fù)合材料以及鈦酸鋰中的一種或幾種；· 所述負(fù)極導(dǎo)電劑為乙炔黑、碳纖維(VGCF)、碳納米管(CNT)以及導(dǎo)電炭黑(Super-P)中的一種或幾種； 所述負(fù)極粘結(jié)劑為丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯以及羧甲基纖維素鈉(CMC)中的一種或幾種。
6.一種鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，用于制備根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的鋰離子電池的負(fù)極極片，包括步驟: (1)將負(fù)極活性材料、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極粘結(jié)劑以及負(fù)極分散劑按照適當(dāng)比例充分混合得到負(fù)極活性材料漿料，將負(fù)極活性材料漿料涂覆在負(fù)極集流體上，經(jīng)干燥后得到負(fù)極活性材料層； (2)將多孔離子聚合物和聚酰亞胺單體分散在有機溶劑中，在常溫下攪拌，得到復(fù)合漿料； (3)將復(fù)合漿料涂覆在負(fù)極活性材料層的表面，干燥后，在真空下或者保護氣體保護下加熱并保溫，以使聚酰亞胺單體聚合，冷卻后即形成聚酰亞胺改性的多孔離子聚合物層，得到鋰離子電池的負(fù)極極片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于， 所述負(fù)極分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纖維素鈉(CMC)以及聚乙烯醇(PVA)中的一種或幾種； 所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、甲苯、四氫呋喃以及二氯甲烷中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺單體的質(zhì)量為多孔離子聚合物的質(zhì)量的20%~30%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法，其特征在于，所述聚酰亞胺單體為單體A和單體B的預(yù)混物， 單體A:單體B:。
10.一種鋰離子電池，包括: 正極極片； 負(fù)極極片； 隔離膜，間隔于正極極片和負(fù)極極片之間； 電解液；以及 包裝箔； 其特征在于，所述負(fù)極極片為權(quán)利要求1-5中`任一項所述的鋰離子電池的負(fù)極極片。
【文檔編號】H01M4/13GK103855360SQ201410068771
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】鄭義, 孫成棟, 江輝 申請人:寧德新能源科技有限公司