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)明涉及電池技術(shù)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] 由于鋰離子電池具有能量密度高、可靠性高、加工性好和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，目前 已被廣泛應(yīng)用于各類便攜式電子設(shè)備，如智能手機(jī)、筆記本、平板電腦等。但隨著社會(huì)的發(fā) 展，人們對(duì)鋰離子電池的循環(huán)性能和能量密度提出了更高的要求。
[0003] 但是能量密度的提高和循環(huán)性能的提高存在一定的矛盾：為了獲得較高的能量密 度需要提高負(fù)極活性物質(zhì)的含量，但高活性物質(zhì)含量的負(fù)極極片導(dǎo)致粘結(jié)劑用量減少，使 負(fù)極膜片與負(fù)極集流體的粘結(jié)力不足，從而導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)后發(fā)生膨脹、變形、低溫循 環(huán)析鋰等，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)過程中容量保持率降低；為了提高鋰離子電池在循環(huán)過程中的容 量保持率需要提高負(fù)極膜片中粘結(jié)劑的含量，但粘結(jié)劑含量的提高不利于負(fù)極活性物質(zhì)含 量的提高，進(jìn)而限制鋰離子電池能量密度的增加。
[0004] 聚丙烯酸類、聚丙烯腈類粘結(jié)劑由于具有良好的導(dǎo)離子性能，能夠降低電極在充 放電過程中的極化，改善電芯的倍率性能和低溫充放電性能，因此被廣泛應(yīng)用于鋰離子電 池。但是利用這些粘結(jié)劑制成的極片普遍存在極片變硬變脆、粘結(jié)力降低等問題。在鋰離 子電池循環(huán)過程中，極片因不斷反復(fù)充放電，活性物質(zhì)發(fā)生膨脹而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致極片極易 從集流體上剝離，從而使得剝離處的電子通路阻斷，造成局部失活。這樣一方面極易在剝離 處沉積金屬鋰，造成鋰離子電池的容量損失和安全隱患；另一方面也會(huì)導(dǎo)致電芯在充放電 過程中的極化增大，使得鋰離子電池循環(huán)過程中的容量保持率顯著降低。
[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種兼顧高能量密度和高循環(huán)性能的鋰離子電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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，所述鋰離子電池的負(fù)極極片同時(shí)具有高的柔韌性和粘結(jié)力，所述鋰離子電 池同時(shí)具有高的常溫循環(huán)性能、高溫循環(huán)性能和能量密度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，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；以及負(fù)極膜片，涂覆在負(fù)極集流體的表面且含有負(fù)極活性 物質(zhì)和負(fù)極粘結(jié)劑。所述負(fù)極膜片還含有負(fù)極改性劑，所述負(fù)極改性劑含有羥基、酯基、羰 基中的至少一種；所述負(fù)極粘結(jié)劑含有具有通式（1)結(jié)構(gòu)的化合物；
[0008]
[0009]其中，100 彡η彡 10000;X選自-C00H或-CN選自-Η或-CH3 ;R2 選自-H、-C00 Li、-C00Na、_C0NH2、-C0NHCH3 中的一種；R3 選自-C00CH3、-C00CH2CH3、_C00 (CH2) 2CH3、-C00(CH 2)3CH3、-C6H5 中的一種。
[0010] 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，用 于制備本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片，包括步驟：第一步，將負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù) 極改性劑以及負(fù)極粘結(jié)劑按比例加入溶劑中混合均勻，得到負(fù)極漿料；第二步，將負(fù)極漿料 涂覆在負(fù)極集流體的表面，高溫烘烤后即得到鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0011] 在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，其包括：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；以及電解液。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。
[0012] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0013] 1.本發(fā)明通過將負(fù)極改性劑與負(fù)極粘結(jié)劑配合使用，在不影響負(fù)極極片良好動(dòng) 力學(xué)性能的前提下，還可顯著改善負(fù)極極片與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力以及負(fù)極極片的柔 韌性，從而避免循環(huán)過程中負(fù)極活性物質(zhì)在充放電時(shí)發(fā)生膨脹進(jìn)而從負(fù)極集流體上剝離最 終導(dǎo)致鋰離子電池容量保持率降低，因此鋰離子電池具有高的常溫循環(huán)性能和高溫循環(huán)性 能。
[0014] 2.由于負(fù)極極片與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力顯著改善，因此可降低負(fù)極極片中負(fù) 極粘結(jié)劑的用量，提高負(fù)極極片中負(fù)極活性物質(zhì)的含量，從而提高鋰離子電池的能量密度。
[0015] 3.本發(fā)明的鋰離子電池的負(fù)極極片的制備方法簡單易行，安全可靠。
【附圖說明】
[0016] 圖1為實(shí)施例1與對(duì)比例1的鋰離子電池在25°C下的循環(huán)曲線；
[0017] 圖2為實(shí)施例1與對(duì)比例1的鋰離子電池在45°C下的循環(huán)曲線；
[0018] 圖3為實(shí)施例1-3與對(duì)比例1的負(fù)極極片的柔韌性測試結(jié)果；
[0019] 圖4為實(shí)施例1、實(shí)施例4-8與對(duì)比例1的負(fù)極極片的柔韌性測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 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實(shí)施例、對(duì) 比例及測試結(jié)果。
[0021] 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。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子電池的負(fù)極極片，包括：負(fù)極集流體；以及負(fù)極膜 片，涂覆在負(fù)極集流體的表面且含有負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極粘結(jié)劑。所述負(fù)極膜片還含有負(fù) 極改性劑，所述負(fù)極改性劑含有羥基、酯基、羰基中的至少一種；所述負(fù)極粘結(jié)劑含有具有 通式（1)結(jié)構(gòu)的化合物；
[0023]
[0024] 其中，100 彡η彡 10000;X選自-C00H或-CN選自-H或-CH3 ;R2 選自-H、-C00 Li、-C00Na、_C0NH2、-C0NHCH3 中的一種；R3 選自-C00CH3、-C00CH2CH3、_C00 (CH2) 2CH3、-C00(CH 2)3CH3、-C6H5 中的一種。
[0025] 由于負(fù)極粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)中存在-C00H或-CN等強(qiáng)極性基團(tuán)，分子間作用力大， 分子鏈難以轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致形成的負(fù)極極片常具有硬脆和粘結(jié)力低的缺點(diǎn)，而負(fù)極改性劑為小 分子結(jié)構(gòu)且分子結(jié)構(gòu)中存在羥基、酯基或羰基等電負(fù)性基團(tuán)，可游離于負(fù)極粘結(jié)劑的分子 鏈之間，同時(shí)破壞負(fù)極粘結(jié)劑的分子間作用力，進(jìn)而顯著改善負(fù)極極片的柔韌性。
[0026] 本發(fā)明的負(fù)極改性劑對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)有良好的潤濕能力，同時(shí)對(duì)負(fù)極粘結(jié)劑有良 好的溶解能力，因此可有效改善負(fù)極粘結(jié)劑對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)表面的潤濕，大大增強(qiáng)負(fù)極活 性物質(zhì)的顆粒之間、負(fù)極活性物質(zhì)的顆粒與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力，從而避免循環(huán)過程 中負(fù)極活性物質(zhì)在充放電時(shí)發(fā)生膨脹進(jìn)而從負(fù)極集流體上剝離最終導(dǎo)致鋰離子電池容量 保持率降低，因此鋰離子電池具有較好的循環(huán)性能，而且在不影響負(fù)極極片良好動(dòng)力學(xué)性 能的前提下，還可提高負(fù)極極片的加工性能。由于負(fù)極極片與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力顯 著改善，因此可降低負(fù)極極片中粘結(jié)劑的用量，提高負(fù)極極片中負(fù)極活性物質(zhì)的含量，從而 提高鋰離子電池的能量密度。
[0027] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極活性物質(zhì)可選 自石墨、硅、硅合金、錫合金中的至少一種。
[0028] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極改性劑可選自 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮（NMP)、丙三醇、異二醇、乙醇中的至少一種。
[0029] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述具有通式（1)結(jié)構(gòu) 的化合物可選自聚丙烯酸類、聚丙烯腈類、含有丙烯酸單體和/或丙烯腈單體的聚合物中 的一種。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極粘結(jié)劑的重均 分子量可為2000~2000000。
[0031] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極粘結(jié)劑與所述 負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量比可為（〇. 3~10) : (99. 7~90)。若負(fù)極粘結(jié)劑的含量太高，會(huì)導(dǎo)致 負(fù)極活性物質(zhì)的含量相對(duì)降低，不利于鋰離子電池的能量密度的提高；若負(fù)極粘結(jié)劑的含 量太低，則會(huì)降低負(fù)極活性物質(zhì)的顆粒之間、負(fù)極活性物質(zhì)的顆粒與負(fù)極集流體之間的粘 結(jié)力，不利于鋰離子電池的循環(huán)性能的提高。
[0032] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極改性劑與所述 負(fù)極粘結(jié)劑的質(zhì)量比可為（0.01~4):1。若負(fù)極改性劑的含量太低，則起不到增強(qiáng)韌性和 提高粘結(jié)力的作用；若負(fù)極改性劑的含量太高，則負(fù)極粘結(jié)劑會(huì)被過度軟化，降低負(fù)極活性 物質(zhì)的顆粒之間、負(fù)極活性物質(zhì)的顆粒與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力。
[0033] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子電池的負(fù)極極片中，所述負(fù)極改性劑與所述 負(fù)極粘結(jié)劑的質(zhì)量比可為（〇. 1~1) :1。
[0034] 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。
[0035] 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，用于制備本發(fā)明第一 方面的鋰離子電池的負(fù)極極片，包括步驟：第一步，將負(fù)極活性物質(zhì)、負(fù)極改性劑以及負(fù)極 粘結(jié)劑按比例加入溶劑中混合均勻，得到負(fù)極漿料；第二步，將負(fù)極漿料涂覆在負(fù)極集流體 的表面，高溫烘烤后即得到鋰離子電池的負(fù)極極片。
[0036] 本發(fā)明只需在含有負(fù)極粘結(jié)劑的負(fù)極極片中添加一定量的負(fù)極改性劑，就可以顯 著改善負(fù)極極片的柔韌性，提高負(fù)極活性物質(zhì)與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)力，進(jìn)而提高鋰離 子電池的能量密度