一种快充型锂离子电池阳极极片的制作方法

1.本发明属于锂离子电池领域，涉及一种快充型锂离子电池阳极极片。


背景技术：

2.锂离子电池因其高能量密度、高工作电压、重量轻、无记忆效应等优势，已被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域。随着电动汽车行业的不断发展，除了对续航里程的追求之外，对于快充能力的需求越来越高。
3.为了追求锂离子电池更高的快充性能，一些新型的高动力学负极粘结剂被导入。这些新型的粘结剂为改善充电能力，提供更宽的锂离子传输通道，需要有更好的溶胀溶解能力，表现出更大的体积膨胀，从而导致负极极片的剥离性能变差，循环过程中会出现膜片从集流体剥离的问题，恶化锂离子电池的循环性能。
4.为在一定程度上改善由于膜片体积膨胀而导致的膜片与集流体剥离的现象，通过更换低膨胀的粘结剂或者增加粘结剂的用量，可以有所缓解；但随之也会带来锂离子传输路径变少以及极化变大的问题，从而影响电芯的充电能力，达不到快充性能的要求。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种快充型锂离子电池阳极极片，所述阳极极片能够在不影响电池充电能力的前提下解决因快充型粘结剂体积膨胀引起的膜片与集流体剥离的问题，从而改善快充型锂离子电池的循环性能。
6.为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种快充型锂离子电池阳极极片，所述阳极极片包括集流体，所述集流体表面连接有第一膜片层，所述第一膜片层表面连接有第二膜片层。
8.作为本发明优选的技术方案，所述集流体上下表面分别独立地连接有第一膜片层，所述第一膜片层表面分别独立地连接有第二膜片层。
9.作为本发明优选的技术方案，所述第一膜片层的原料包括阳极活性物质、导电剂、分散剂以及粘结剂。
10.优选地，所述第一膜片层中阳极活性物质的质量分数为95.3％
‑
97.5％，如95.5％、95.8％、96.0％、96.2％、96.5％、96.8％、97.0％、97.2％或97.4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11.优选地，所述第一膜片层中导电剂的质量分数为0.5％
‑
1.2％，如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％或1.1％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12.优选地，所述第一膜片层中分散剂的质量分数为0.8％
‑
1.5％，如0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％或1.4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13.优选地，所述第一膜片层中粘结剂的质量分数为1.2％
‑
2.0％，如1.3％、1.4％、
1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14.作为本发明优选的技术方案，所述阳极活性物质包括碳阳极活性物质以及非碳阳极活性物质。
15.优选地，所述碳阳极活性物质包括石墨、软碳或硬碳中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石墨和软碳的组合、软碳和硬碳的组合、硬碳和石墨的组合或石墨、软碳和硬碳的组合等。
16.优选地，所述石墨包括人造石墨和/或天然石墨。
17.优选地，所述非碳阳极活性物质包括硅基材料、锡基材料、氮化物、锂金属材料或钛酸锂材料中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硅基材料和锡基材料的组合、锡基材料和氮化物的组合、氮化物和锂金属材料的组合、锂金属材料和钛酸锂材料的组合或硅基材料、锡基材料和锂金属材料的组合等。所述非碳阳极活性物质还可以是上述材料中包含的各元素所形成的合金材料。
18.作为本发明优选的技术方案，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管或碳纳米纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：导电炭黑和导电石墨的组合、导电石墨和碳纳米管的组合、碳纳米管和碳纳米纤维的组合、碳纳米纤维和导电炭黑的组合或导电炭黑、导电石墨和碳纳米管的组合等。
19.优选地，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂的组合、羧甲基纤维素锂和聚偏氟乙烯的组合、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸的组合、聚丙烯酸和聚丙烯腈的组合、聚丙烯腈和羧甲基纤维素钠的组合或羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸的组合等。其中，所述分散剂还可以是上述聚合物原料共聚，或其单体共聚得到的聚合物原料。
20.优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：丁苯橡胶和聚偏氟乙烯的组合、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮的组合、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸的组合、聚丙烯酸和聚丙烯酸甲酯的组合、聚丙烯酸甲酯和聚丙烯酸乙酯的组合、聚丙烯酸乙酯和聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯的组合、聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的组合、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂的组合。其中，所述粘结剂还可以是上述聚合物原料共聚，或其单体共聚得到的聚合物原料。
21.优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯或聚丙烯酸乙酯的任意一种或至少两种的组合。上述粘结剂为高模量粘结剂。
22.作为本发明优选的技术方案，所述第一膜片层的厚度为5～50μm，如10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm或45μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.作为本发明优选的技术方案，所述第二膜片层的原料包括阳极活性物质、导电剂、分散剂以及粘结剂。
24.优选地，所述第二膜片层中阳极活性物质的质量分数为95.3％
‑
97.5％，如
95.5％、95.8％、96.0％、96.2％、96.5％、96.8％、97.0％、97.2％或97.4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述第二膜片层中导电剂的质量分数为0.5％
‑
1.2％，如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％或1.1％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述第二膜片层中分散剂的质量分数为0.8％
‑
1.5％，如0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％或1.4％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，所述第二膜片层中粘结剂的质量分数为1.2％
‑
2.0％，如1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.作为本发明优选的技术方案，所述阳极活性物质包括碳阳极活性物质以及非碳阳极活性物质。
29.优选地，所述碳阳极活性物质包括石墨、软碳或硬碳中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石墨和软碳的组合、软碳和硬碳的组合、硬碳和石墨的组合或石墨、软碳和硬碳的组合等。
30.优选地，所述石墨包括人造石墨和/或天然石墨。
31.优选地，所述非碳阳极活性物质包括硅基材料、锡基材料、氮化物、锂金属材料或钛酸锂材料中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硅基材料和锡基材料的组合、锡基材料和氮化物的组合、氮化物和锂金属材料的组合、锂金属材料和钛酸锂材料的组合或硅基材料、锡基材料和锂金属材料的组合等。所述非碳阳极活性物质还可以是上述材料中包含的各元素所形成的合金材料。
32.作为本发明优选的技术方案，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管或碳纳米纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：导电炭黑和导电石墨的组合、导电石墨和碳纳米管的组合、碳纳米管和碳纳米纤维的组合、碳纳米纤维和导电炭黑的组合或导电炭黑、导电石墨和碳纳米管的组合等。
33.优选地，所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂的组合、羧甲基纤维素锂和聚偏氟乙烯的组合、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸的组合、聚丙烯酸和聚丙烯腈的组合、聚丙烯腈和羧甲基纤维素钠的组合或羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯和聚丙烯酸的组合等。其中，所述分散剂还可以是上述聚合物原料共聚，或其单体共聚得到的聚合物原料。
34.优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：丁苯橡胶和聚偏氟乙烯的组合、聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮的组合、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸的组合、聚丙烯酸和聚丙烯酸甲酯的组合、聚丙烯酸甲酯和聚丙烯酸乙酯的组合、聚丙烯酸乙酯和聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯的组合、聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯和羧甲基纤维素钠的组合、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素锂的组合。其中，所述粘结剂还可以是上述聚合物原料共聚，或其单体共聚得到的聚合
物原料。
35.优选地，所述粘结剂包括聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂中的任意一种或至少两种的组合。上述粘结剂为具有高溶胀溶解特性的粘结剂。
36.作为本发明优选的技术方案，所述第二膜片层的厚度为50～150μm，如60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm或140μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
37.本发明中，所述第一膜片层可以起到过渡缓冲作用具有较高的粘结强度，保证所述第一膜片层与所述集流体、所诉第二膜片层之间具有强的粘结力，同时使用了高模量的粘结剂，减小在充放电过程中所述第一膜片层的体积膨胀，从而在所述第二膜片层和所示集流体之间起到缓冲作用，解决了充放电过程中膜片层和集流体剥离的问题，提高循环寿命。所述第二膜片层采用高溶胀溶解特性的粘结剂，可以起到拓宽锂离子传输通道，提高锂离子传输的速率，降低电荷转移阻抗，提升电池的充电能力。
38.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
39.本发明提供一种快充型锂离子电池阳极极片，所述阳极极片能够在不影响电池充电能力的前提下解决因快充型粘结剂体积膨胀引起的膜片与集流体剥离的问题，从而改善快充型锂离子电池的循环性能。
附图说明
40.图1为本发明实施例1提供的快充型锂离子电池阳极极片的结构示意图；
41.图中：1
‑
集流体，2
‑
第一膜片层，3
‑
第二膜片层。
42.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
43.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
44.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
45.实施例1
46.本实施例提供一种快充型锂离子电池阳极极片，其结构如图1所示，所述阳极极片包括集流体1，所述集流体上下表面分别独立地涂覆有第一膜片层2，所述第一膜片层2表面分别独立地涂覆有第二膜片层3；
47.所示第一膜片层2包括阳极活性物质石墨与导电剂导电炭黑(super
‑
p)、分散剂羧甲基纤维素钠(cmc
‑
na)、粘结剂聚丙烯酸(paa)，其质量比96.9％:0.6％:1.0％:1.5％，第一膜片层2的厚度为20μm；
48.所示第二膜片层3包括阳极活性物质石墨与导电剂导电炭黑(super
‑
p)、分散剂羧甲基纤维素钠(cmc
‑
na)、粘结剂聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯，其质量比96.6％:0.6％:1.2％:1.6％，第二膜片层3的厚度为80μm。
49.实施例2
50.本实施例除了第一膜片层2的厚度为10μm，第二膜片层3的厚度为90μm外，其余条
件均与实施例1相同。
51.实施例3
52.本实施例除了第一膜片层2的厚度为30μm，第二膜片层3的厚度为70μm外，其余条件均与实施例1相同。
53.实施例4
54.本实施例除了第二膜片层3中粘结剂为丁苯橡胶外，其余条件均与实施例1相同。
55.对比例1
56.在集流体两侧分别涂覆含有阳极活性物质石墨与导电剂导电炭黑(super
‑
p)、分散剂羧甲基纤维素钠(cmc
‑
na)以及粘结剂丁苯橡胶(sbr)的膜片层，其质量比为96.6％:0.6％:1.2％:1.6％，膜片层的厚度为100μm。
57.对比例2
58.本对比例除了将粘结剂替换为聚苯乙烯
‑
丙烯酸酯外，其余条件均与对比例1相同。
59.包含该阳极极片的锂离子电池的制备过程如下：
60.阴极极片的制备：将lini
0.6
co
0.2
mn
0.2
o2、导电炭黑(super
‑
p)、碳纳米管(cnt)、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比97.2％：1％：0.8％：1％加入到一定量的n
‑
甲基吡咯烷酮(nmp)中混合并搅拌均匀，将得到的阴极浆料均匀涂布在厚度为12μm的阴极集流体铝箔上，烘干后制成阴极极片。
61.电解液的制备：将有机溶剂碳酸乙烯酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸乙烯酯(dec)按质量比ec：emc：dec＝3：5：2的比例混合，电解质锂盐为lipf6，浓度为1mol/l。
62.隔离膜的制备：采用由恩捷公司提供的厚度为12μm，材质主要为pe的锂离子电池用隔离膜。
63.对实施例1
‑
4和比较例1
‑
3提供的阳极极片，与上述阴极极片和隔离膜通过叠片方式制成电芯，将电芯放置于包装袋内，注入电解液，经浸润、化成、老化、容量等工序，制得锂离子电池。将得到的锂离子电池以0.33c的倍率进行充电至截止电压4.2v，计算在充电至截至电压后阳极极片在厚度方向的膨胀率，所得结果示于表1。
64.然后对电池以2c的倍率进行充电至4.2v，计算电池在2c充电至截止电压的容量与0.33c充电至截至电压的容量保持率，所得结果示于表1。
65.然后对电池1c/1c进行充放电循环测试，并统计200个循环后电池的容量保持率，所得结果示于表1。
66.表1
[0067][0068][0069]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0070]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0071]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0072]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。