CN102931377A - 一种电池负极片及其制备的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池负极片，所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料；所述负极材料为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种，所述负极材料为多面体形状的颗粒。此外，本发明还公开了一种基于所述电池负极片所制备的锂离子电池。本发明公开的一种电池负极片及其制备的锂离子电池，其中的电池负极片采用的石墨颗粒为多面体石墨颗粒，从而使得任意相邻的石墨颗粒之间以面接触为主，接触面积较大，粒子间空隙小，从而使得负极片在被碾压后反弹小且负极片的导电性高，内阻小，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，显著提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能，提高锂离子电池的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池负极片及其制备的锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有高工作电压、高比能量、循环寿命长、无环境污染等优点，作为能将电能和化学能相互转化的二次化学电源，被视为电力储能系统的热门候选技术之一。自诞生以来，其应用领域不断扩大，获得迅速的发展。目前，不仅在移动式通讯设备和便携式电子设备上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动工具、电动自行车以及电动汽车等大型电动设备方面，因此，目前对锂离子电池的安全性能要求越来越高，如何提高电池安全性能是目前各大电池厂家研究的主要方向。
对于锂离子电池，其负极片一般采用传统意义上的石墨进行制备，具体为在负极集流体上涂布一层负极活性物质，所述负极活性物质为传统意义上的石墨，石墨颗粒的形貌基本为球形，参见图1所示。参见图2所示，在这种形状下对电池负极片进行加工后，任意多个相邻石墨颗粒相互之间以点接触为主，接触面积相对较小，从而导致电池负极片的导电性较低，并且由于相互之间存在较多的空隙，使得在负极片被碾压给极片反弹留下较多空间，使得极片厚度反弹大，进而使得所制备的锂离子电池的内阻变大，严重影响了锂离子电池的各项电性能。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以解决锂离子电池的负极片导电性较低且被碾压后极片厚度反弹大的问题，保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电池负极片及其制备的锂离子电池，其中的电池负极片采用的石墨颗粒为多面体石墨颗粒，从而使得任意相邻的石墨颗粒之间以面接触为主，接触面积较大，粒子间空隙小，从而使得负极片在被碾压后反弹小且负极片的导电性高，内阻小，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，可以显著提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能，提高锂离子电池的稳定性，从而具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种电池负极片，所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料；
所述负极材料为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种，所述负极材料为多面体形状的颗粒。
其中，所述负极材料为多面体形状的天然石墨颗粒。
其中，所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为8微米或者10微米。
此外，本发明还提供了一种锂离子电池，包括有电池壳，所述电池壳中包括正极片、负极片、电池隔膜和电解液；
所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料；
所述负极材料为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种，所述负极材料为多面体形状的颗粒。
其中，所述负极材料为多面体形状的天然石墨颗粒。
其中，所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为8微米或者10微米。
其中，所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有一层正极材料；
所述正极集流体为铝箔，所述正极材料包括有钴酸锂 LiCoO2、镍钴酸锂和三元材料中的至少一种。
其中，所述三元材料例如为三元复合氧化物镍钴锰酸锂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种电池负极片及其制备的锂离子电池，其中的电池负极片采用的石墨颗粒为多面体石墨颗粒，从而使得任意相邻的石墨颗粒之间以面接触为主，接触面积较大，粒子间空隙小，从而使得负极片在被碾压后反弹小且负极片的导电性高，内阻小，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，可以显著提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能，提高锂离子电池的稳定性，从而具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为现有球形石墨颗粒在显微镜下的扫描电镜SEM图；
图2为现有球形石墨颗粒相互之间的接触示意图；
图3为本发明提供的一种电池负极片采用的多面体石墨颗粒在显微镜下的扫描电镜SEM图；
图4为本发明提供的一种电池负极片采用的多面体石墨颗粒相互之间的接触示意图；
图5为本发明提供的一种电池负极片所制备的锂离子电池具体实施例在常温下进行放电时，与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池相比较，所形成的电池电压与放电容量的对应倍率放电曲线示意图；
图6为本发明提供的一种电池负极片所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池相比较，分别具有的放电容量与循环次数之间的放电曲线示意图；
图7为本发明提供的一种电池负极片所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池相比较，分别在多次循环后，所具有的电池内阻和循环次数之间的变化曲线示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种锂离子电池，其包括有电池壳，所述电池壳中包括正极片、负极片、电池隔膜和电解液。
在本发明中，所述电解液可以包含有聚酯类溶剂和锂盐溶质，或者可以为其他非水电解液。例如，所述聚酯类溶剂可以为碳酸甲乙酯（EMC），所述锂盐溶质可以为六氟磷酸锂（LiPF6）。
在本发明中，所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有一层正极材料（即正极活性物质）。
在本发明中，具体实现上，所述正极集流体可以为铝箔，所述正极集流体的厚度可以为15微米；所述正极材料包括有钴酸锂 LiCoO2、镍钴酸锂和三元材料中的至少一种，所述三元材料例如可以为三元复合氧化物镍钴锰酸锂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
在本发明中，所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料（即负极活性物质）。
具体实现上，所述负极集流体可以为铜箔，所述负极集流体的厚度可以为8微米或者10微米；
具体实现上，所述负极材料可以为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种；所述负极材料优选为多面体形状的颗粒，具体为多面体形状的天然石墨颗粒。
此外，需要说明的是，本发明所制备的锂离子电池采用的电极端子的材质是由镍、铝、铜以及上述金属的合金或者镀有上述金属的材料。
参见图3、图4所示，在本发明中，所述负极片采用的多面体石墨颗粒相互之间以面接触为主，接触面积较大，粒子间空隙小，从而使得负极片在被碾压后反弹小且负极片的导电性高，内阻小，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，可以显著提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能。
下面通过一个具体实施例来说明本发明提供的一种电池负极片及其制备的锂离子电池的具体制备过程以及电池性能。
以型号为043450的容量为900mAh的方形电池为例。该方形电池的正极材料（即正极活性物质）采用钴酸锂LiCoO2，负极材料（即负极活性物质）采用多面体石墨，电解液使用摩尔浓度为1mol/L的六氟磷酸锂LiPF6溶液，该溶液采用的溶剂为碳酸乙烯酯（EC）或者碳酸二甲酯（DMC）。通过通用的混浆工艺，将正极活性物质和负极活性物质分别涂布在正极集流体和负极集流体上，制作获得正极片和负极片。
然后用一层改造过的聚乙烯隔膜将正极片和负极片间隔开，并且对其正极片和负极片进行卷绕，然后将卷好的正极片和负极片放入到铝质的电池壳中，在干燥箱中注入电解液，再将电池完全密封。然后进行首次充放电（即化成后处理），进而对电池进行电性能及安全性能的各项测试。
以同样的工艺采用球形石墨负极制备同样型号的电池，分别进行电池内阻比较、极片反弹比较、倍率测试、循环性能测试等多项对比测试。
1、电池内阻比较。本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池相比较，电池内阻如下表1所示：
表1：
| 测试参数 | 本发明提供的多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池 | 球形石墨负极片制备的锂离子电池 |
| 电池内阻 | 37.3欧姆 | 35.2欧姆 |
由表1可知，本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池可以显著降低锂离子电池的内阻，这是其导电性提高的直接表现。
2、极片反弹比较。对于本发明采用多面体石墨负极材料所制备的负极片和现有球形石墨负极片，分别将其碾压成要求的厚度之后，然后分别放置在烘箱中，以145℃烘干12小时，分别测量其极片厚度，与烘干前的厚度进行对比，结果如下表2所示：
表2：
| 极片种类 | 烘干前极片厚度 | 烘干后极片厚度 | 极片反弹 |
| 球形石墨颗粒制备的负极片 | 139/143/150 | 143/148/151 | 4~5 |
| 多面体石墨颗粒制备的负极片 | 139/143/150 | 141/146/151 | 2 |
由表2可知，本发明采用多面体石墨颗粒制备的负极片，由于相邻石墨颗粒之间的空隙小，从而给极片反弹留下较小的空间，从而极片反弹小。而传统石墨颗粒制备的负极片，相互之间以点接触为主，颗粒空隙大，密度偏低，且给极片反弹留下的较多空间。本发明制备的负极片厚度的减少也意味着可以在相同条件下，将该材料碾压至更高的密度，提高空间利用率。
3、倍率测试。对于本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池，分别以0.5C（C为实际电池容量，本实施例即为900mAh）大小的电流充电至满电4.2V，然后分别以0.2C、0.5C、1C和2C的电流在常温下放电至电压3.0V，得到如图5所示的电池电压与放电容量的对应曲线示意图。
由图5可知，本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池相比较，多面体材料在倍率性能方面优于传统的球形石墨负极，这也是该材料导电性提高的一个表现。
4、循环及内阻。
对于本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池，分别以1C（例如实际电池容量900mAh）的电流进行充放电循环500次，结果如图6所示。
由图6可知，在循环性能方面，多面体石墨依然优于传统球形石墨负极，主要区别在于，随循环次数的上升，电池的内阻增加量有明显区别，如下表3所示：
表3中，IR为电池内阻，△IR为循环后内阻增加量，△IR%为内阻增加量与初始内阻的百分比值。
此外，对于本发明采用多面体石墨负极材料所制备的锂离子电池与现有球形石墨负极片制备的锂离子电池，其内阻变化曲线如图7所示。
由图7可知，本发明由多面体石墨颗粒制备的负极片的内阻增加量少于球形石墨颗粒所制备的负极片，因此，本发明由多面体石墨颗粒制备的负极片的循环性能会有优势。
因此，由上述技术方案和具体实施例可知，对于本发明提供的一种电池负极片及其制备的锂离子电池，其不仅可以提升极片导电性、降低极片反弹和少量提高负极的碾压密度，并且可以降低电池的内阻，显著提高电池的各项电性能。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种电池负极片及其制备的锂离子电池，其中的电池负极片采用的石墨颗粒为多面体石墨颗粒，从而使得任意相邻的石墨颗粒之间以面接触为主，接触面积较大，粒子间空隙小，从而使得负极片在被碾压后反弹小且负极片的导电性高，内阻小，进而保证负极片所制备的锂离子电池具有较低的内阻，可以显著提高锂离子电池的容量、循环性能等各项电性能，提高锂离子电池的稳定性，从而具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电池负极片，其特征在于，所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料；
所述负极材料为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种，所述负极材料为多面体形状的颗粒。
2.如权利要求1所述的电池负极片，其特征在于，所述负极材料为多面体形状的天然石墨颗粒。
3.如权利要求1或2所述的电池负极片，其特征在于，所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为8微米或者10微米。
4.一种锂离子电池，其特征在于，包括有电池壳，所述电池壳中包括正极片、负极片、电池隔膜和电解液；
所述负极片包含有一个负极集流体，所述负极集流体上表面涂布有负极材料；
所述负极材料为包含天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种，所述负极材料为多面体形状的颗粒。
5.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料为多面体形状的天然石墨颗粒。
6.如权利要求4或5所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极集流体为铜箔，所述负极集流体的厚度为8微米或者10微米。
7.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极片包括有一个正极集流体，所述正极集流体表面涂布有一层正极材料；
所述正极集流体为铝箔，所述正极材料包括有钴酸锂 LiCoO2、镍钴酸锂和三元材料中的至少一种。
8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述三元材料例如为三元复合氧化物镍钴锰酸锂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
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| CN (1) | CN102931377A (zh) |
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2012
- 2012-11-23 CN CN2012104805320A patent/CN102931377A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20130213 |