一种锂离子电池负极及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。

背景技术：

随着新能源汽车的大力推广，动力电池的需求量日益增加。相比铅酸电池、镍氢电池及镍镉电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长等诸多优点，在动力电池领域占有较高的市场份额。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池负极材料应具有电化学反应的氧化还原电位尽可能低、高比容量、电化学反应过程中体积效应小、导电率高、锂离子传输扩散速度快以及能与电解液形成固体电解质膜(SEI膜)等特点。

目前市场化的三类锂离子负极材料都各自存在不足，石墨类负极材料的比容量低、与溶剂相容性差、循环寿命和高温性能不理想；合金类负极材料的晶格体积膨胀率达360％；钛酸锂材料电压平台高，功率密度和能量密度不足。

鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池负极及其制备方法以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极及其制备方法，应用本发明的锂离子电池负极的锂离子电池内阻小、倍率性能好、循环寿命长且能量密度高。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池负极，包括负极集流体及涂覆在所述负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括碳纳米带、导电剂及粘结剂，所述碳纳米带、导电剂及粘结剂的质量百分比为(90-95)：(0-4)：(2-5)。

在一个优选实施方式中，所述碳纳米带的厚度为2-30nm，宽度与厚度的比例为(10-15)：1，长度为1-15微米级。

在一个优选实施方式中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素纳及丁苯树脂或丙烯腈多元共聚物。

在一个优选实施方式中，所述导电剂为乙炔黑、超导炭黑、碳纤维、超导石墨、碳纳米管及石墨烯中的任意一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述负极集流体为铜箔。

相比于现有技术，本发明提供的锂离子电池负极，碳纳米带具有良好的导电性，减少了负极导电剂的使用量甚至不使用导电剂，增加负极活性材料的比例，增加电池能量密度，并且，具有本发明提供的锂离子电池负极的锂离子电池具备内阻小、倍率性能好及循环寿命长的优点。

本发明还提供一种锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将碳纳米带、导电剂及粘结剂按质量百分比为(90-95)：(0-4)：(2-5)称取物料，并均匀混合制成混合浆料；

步骤二：将步骤一得到的混合浆料涂敷在负极集流体之上制成锂离子电池负极。

【附图说明】

图1为本发明使用的碳纳米带的SEM图；

图2为对比例1、对比例2及本发明实施例所制备的锂离子电池容量正态分布图；

图3为对比例1、对比例2及本发明实施例所制备的锂离子电池的3C循环图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

本发明提供一种锂离子电池负极，包括负极集流体及涂覆在所述负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料包括碳纳米带、导电剂及粘结剂，所述碳纳米带、导电剂及粘结剂的质量百分比为(90-95)：(0-4)：(2-5)。

具体的，所述碳纳米带的厚度为2-30nm，宽度与厚度的比例为(10-15)：1，长度为1-15微米级。

具体的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或羧甲基纤维素纳(CMC)及丁苯树脂(SBR)或丙烯腈多元共聚物。

具体的，所述导电剂为乙炔黑、超导炭黑、碳纤维、超导石墨、碳纳米管及石墨烯中的任意一种或多种。

具体的，所述负极集流体为铜箔。

本发明提供的锂离子电池负极，碳纳米带具有良好的导电性，减少了负极导电剂的使用量甚至不使用导电剂，增加负极活性材料的比例，增加电池能量密度，并且，具有本发明提供的锂离子电池负极的锂离子电池具备内阻小、倍率性能好及循环寿命长的优点。

本发明还提供一种锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将碳纳米带、导电剂及粘结剂按质量百分比为(90-95)：(0-4)：(2-5)称取物料，并均匀混合制成混合浆料；

步骤二：将步骤一得到的混合浆料涂敷在负极集流体之上制成锂离子电池负极。

具体的，所述步骤一中的碳纳米带的厚度为2-30nm，宽度与厚度的比例为(10-15)：1，长度为1-15微米级。

具体的，所述步骤一中的所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或羧甲基纤维素纳(CMC)及丁苯树脂(SBR)或丙烯腈多元共聚物。

具体的，所述步骤一中的导电剂为乙炔黑、超导炭黑、碳纤维、超导石墨、碳纳米管及石墨烯中的任意一种或多种。

具体的，所述步骤一中的均匀混合方法为高速机械搅拌法、研磨法及超声分散法的一种或多种。

具体的，所述步骤二中的负极集流体为铜箔。

对比例1：

1、将人造石墨、导电剂、粘结剂按一定质量百分比称取物料，并均匀混合成混合浆料(其中：人造石墨、导电剂、粘结剂质量百分比为95：2：2.5；粘结剂为丙烯腈多元共聚物；导电剂为超导炭黑SP；混合浆料的均匀混合方法为高速机械搅拌)；

2、将步骤1得到的混合浆料涂敷在负极集流体(铜箔)之上制成锂离子电池负极；

3、将步骤2得到的锂离子电池负极经对辊、制片，再与正极片、隔膜一起卷绕装配，经注液、封口即得到常规的石墨负极的锂离子电池。

对比例2：

1、将硅碳复合物、导电剂、粘结剂按一定质量百分比称取物料，并均匀混合成混合浆料(其中：硅碳复合物(硅碳比85：15)、导电剂、粘结剂质量百分比为95：2：2.5；粘结剂为丙烯腈多元共聚物；导电剂为超导炭黑SP；混合浆料的均匀混合方法为高速机械搅拌)；

2、将步骤1得到的混合浆料涂敷在负极集流体(铜箔)之上制成锂离子电池负极；

3、将步骤2得到的锂离子电池负极经对辊、制片，再与正极片、隔膜一起卷绕装配，经注液、封口即得到常规的硅碳复合物负极的锂离子电池。

实施例：

1、将碳纳米带、导电剂、粘结剂按一定质量百分比称取物料，并均匀混合成混合浆料(其中：碳纳米带、导电剂、粘结剂质量比为95：2：2.5；碳纳米带的厚度为2-30nm，宽度与厚度的比例为(10-15)：1，长度为1-15微米级；粘结剂为丙烯腈多元共聚物；导电剂为超导炭黑SP；混合浆料的均匀混合方法为高速机械搅拌)；

2、将步骤1得到的混合浆料涂敷在负极集流体(铜箔)之上制成锂离子电池负极；

3、将步骤2得到的锂离子电池负极经对辊、制片，再与正极片、隔膜一起卷绕装配，经注液、封口即得到具有碳纳米带负极的锂离子电池。

图1为本发明使用的碳纳米带的SEM图，首先，碳纳米带具有石墨烯的石墨化结构，纤薄、比表面积大，同时由于有限尺寸的石墨烯纳米带中的电子在横向上受限，电子被迫纵向移动，具有半导体的性能，并且，碳纳米带在结构上具有柔韧性的特点，具有比石墨烯更灵活可调的性质；其次，与碳纳米管不同，碳纳米带的碳层完全是一种开放的结构，相对碳纳米管具有更大的比表面积及孔结构，不仅提供了更多的锂离子存储位点，而且提供了更多的锂离子反应界面，储锂插层反应更容易进行，同时带与带之间由于大的比表面积及柔韧性相互作用形成了三维多孔结构，更有利于电极活性材料与电解液的接触，同时缩短了锂离子及电解液的传输扩散路径，能很好的提升其作为锂离子电池负极材料的嵌锂容量和倍率性能。因此，碳纳米带同时具备了碳纳米管与石墨烯的优点，与常规的碳系负极材料、硅/锡合金系负极材料、钛酸锂负极材料相比同时具备了良好的导电性能和嵌锂能力，其作为锂离子负极材料具有更好的倍率性能和循环性能的同时，具有较高的比容量。

图2为对比例1、对比例2及本发明实施例所制备的锂离子电池容量正态分布图，图3为对比例1、对比例2及本发明实施例所制备的锂离子电池的3C循环图。从图2及图3可以看出，本发明实施例所制备的具有碳纳米带负极的锂离子电池的电池容量及3C循环性能优于对比例1及对比例2。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。