专利名称：一种锂离子电池负极材料及电池负极制作方法
技术领域：
本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池负极材料及电池负极制作方法。
背景技术：
锂离子电池从二十世纪九十年代初日本索尼公司发明以来得到了飞速发展，目前应用领域已从小电流用电器件扩大到大电流、高倍率使用领域，电池的高倍率、高容量、价廉和环保等发展趋势明显。对锂离子电池负极材料用粘结剂来说，由最初油性的PVDF (聚偏氟乙烯)溶解在N-甲基吡咯烷酮中使用到目前水性粘结剂CMC (羧甲基纤维素)和SBR(丁苯橡胶)等组合使用。但现有粘结剂在使用中存在如下问题导电碳材料在负极浆料中的分散性低，制成的负极片在铜箔上的附着力、粘结性和均匀性差，从而使电池的内阻较高和高温放电性能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种锂离子电池负极材料及电池负极制作方法，以提高负极材料在铜箔上的附着力、降低锂离子电池的内阻并提高锂离子电池高温放电性能。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种锂离子电池负极材料，由以下质量百分比含量组分组成石墨94、8. 5%、导电剂(T3%、粘结剂1. 5飞％ ;其中，粘结剂由质量比为1: (T2)的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于0. 2 iim的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为6. 5^7. 5，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为广3%。本发明的进一步改进在于，所述锂离子电池负极材料由以下质量百分比含量组分组成石墨94 96%、导电剂I 3%、粘结剂3 4%。本发明的进一步改进在于，所述的丁苯橡胶的分子量为200000 300000，丁苯橡胶的PH值等于7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为1. 5^2. 5%。本发明的进一步改进在于，所述的丁苯橡胶的粒径小于0. 09 um, pH值等于7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为2. 5%。本发明的进一步改进在于，所述的导电剂为乙炔黑、导电炭黑或化学气相沉积碳纤维材料。本发明的进一步改进在于，所述导电剂为乙炔黑，所述的负极材料中石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素和丁苯橡胶的质量比为94:2:1. 5:2. 5。一种电池负极的制作方法，包括以下步骤(I)将锂离子电池负极材料和水按照质量比为1:(广1. 2)混合，搅拌均匀，得到锂离子电池负极浆料；(2)将得到的负极浆料涂布在铜箔上，依次进行干燥、压片和切片，得到锂离子电池负极电极片。
本发明的进一步改进在于，所述的搅拌为在常温下以IOOOrpm的搅拌速度搅拌4 小时。
本发明的进一步改进在于，所述的干燥为在90°C干燥1. 5小时。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
本发明采用粒径小于O. 2 μ m，pH值为6. 5^7. 5的丁苯橡胶作为锂离子电池负极粘结剂的组份之一，且丁苯橡胶为粘结性能较好的苯乙烯共聚物。丁苯橡胶的粒径过大时不利于包含粘结剂的负极材料与铜箔的强力粘合，且不利于电池在高温领域保持电解质的化学稳定；丁苯橡胶的粒径越小能造成越多粘合点，就带来越优良的粘合性能；丁苯橡胶的 PH值过大或过小时会影响粘结剂中的亲水基团与负极材料中活性物质的键和力，并影响活物质与铜箔的粘结强度。采用本发明的负极材料及负极制作方法制成的电池负极的粘结强度明显增加，将电池负极制作成锂离子电池后，电池的内阻明显下降，且电池在60°C高温下 200次循环后放电容量仍保持较高的初始放电容量水平。本发明解决了负极片在铜箔上的附着力和均匀性差，导致制成的电池内阻较高和高温放电性能较差的问题，本发明不但提高了负极电极片的粘结强度，还有效改善了使用此负极电极片制成的锂离子电池的内阻和高温循环放电性能。
图1为实施例8和对比例制作的电池负极的剥离强度图2为用实施例8和对比例制作的电池负极制成的电池的循环性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种锂离子电池负极材料，包括质量百分比为94%的石墨、2%的乙炔黑和4%的粘结剂，粘结剂由质量比为1:1.67的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于O. 09 μ m的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为2. 5%，丁苯橡胶的分子量为250000，粘结剂中羧甲基纤维素在负极材料中的质量百分比为1. 5%ο
实施例2
一种锂离子电池负极材料，包括质量百分比为96%的石墨、1%的导电炭黑和3%的粘结剂，粘结剂由质量比为1:1的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于O. 2 μ m的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为6. 5，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为1. 5%，丁苯橡胶的分子量为300000，粘结剂中羧甲基纤维素在负极材料中的质量百分比为1. 5%ο
实施例3
一种锂离子电池负极材料，包括质量百分比为98. 5%的石墨和1. 5%的粘结剂，粘结剂由质量比为1:2的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于O. 15ym 的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为1%，丁苯橡胶的分子量为200000，粘结剂中羧甲基纤维素在负极材料中的质量百分比为0. 5%。实施例4一种锂离子电池负极材料，包括质量百分比为94%的石墨和6%的粘结剂，粘结剂由质量比为1:1的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于0. 12pm的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的PH值为7. 5，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为3%，丁苯橡胶的分子量为230000，粘结剂中羧甲基纤维素在负极材料中的质量百分比为3%。实施例5一种锂离子电池负极材料，包括质量百分比为94%的石墨、3%的化学气相沉积碳纤维材料和3%的粘结剂，粘结剂由质量比为1:2的羧甲基纤维素和丁苯橡 胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于0. 05 u m的苯乙烯共聚物,丁苯橡胶的pH值为7,且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为2%，丁苯橡胶的分子量为280000，粘结剂中羧甲基纤维素在负极材料中的质量百分比为1%。实施例6一种电池负极的制作方法，包括以下步骤(I)将实施例2的锂离子电池负极材料和水按照质量比为1:1. 2混合，在常温下以IOOOrpm的搅拌速度搅拌4小时，得到锂离子电池负极浆料；(2)将得到的负极浆料涂布在铜箔上，在90°C干燥1. 5小时进行干燥，然后用辊压机压片，模切机切片，得到锂离子电池负极电极片。实施例7一种电池负极的制作方法，包括以下步骤(I)将实施例3的锂离子电池负极材料和水按照质量比为1:1混合，在常温下以IOOOrpm的搅拌速度搅拌4小时,得到锂离子电池负极衆料；(2)将得到的负极浆料涂布在铜箔上，在90°C干燥1. 5小时进行干燥，然后用辊压机压片，模切机切片，得到锂离子电池负极电极片。实施例8一种电池负极的制作方法，包括以下步骤(I)将实施例1的锂离子电池负极材料和水按照质量比为1:1.1混合，在常温下以IOOOrpm的搅拌速度搅拌4小时，得到锂离子电池负极浆料；(2)将得到的负极浆料涂布在铜箔上，在90°C干燥1. 5小时进行干燥，然后用辊压机压片，模切机切片，得到长X宽X厚=lllmmX61mmX 138 Ii m的锂离子电池负极电极片。将实施例8制作的电池负极与对比例制作的电池负极分别测试其剥离强度。对比例中的锂离子电池负极材料与实施例1的组成相同，区别为丁苯橡胶的粒径大于0.3 ym，丁苯橡胶的PH值为7. 8，且对比例中制作电池负极的方法与实施例8相同。使用JWFU剥离强度仪测试剥离强度值。图1为实施例8和对比例制作的电池负极的剥离强度图，图1表明，锂离子电池负极电极的粘结强度由对比例的4000-5000gf/mm2提高到实施例8的6200gf/mm2，粘结强度有明显增加。将实施例8制作的电池负极与对比例制作的电池负极分别制作成锂离子电池，测试两者的电池电压、内阻和循环性能。其中锂离子电池的制作方法为1.锂离子电池正极电极片的制备
按照质量比LiFeP04 :乙炔黑PVDF (聚偏氟乙烯):N_甲基吡咯烷酮=91 3 6 :120 配置成正极浆料，搅拌均匀后涂在15 μ m厚的铝箔上，然后100°C干燥1. 5小时，碾压机压片，模切机切片，得到长X宽X厚=109·ιΧ59πιπιΧ164μπι的锂离子电池正极电极片。
2.锂离子电池的制备
将上述步骤制得的锂离子电池正极片、与实施例8和对比例制作的负极片与厚 25 μ m的聚丙烯膜隔膜按照正极片、隔膜、负极片的次序依次叠放，制成锂离子电池的电极芯。将该电极芯放入锂离子电池铝塑膜外壳中，然后注入38g电解液，最后密封电池外壳， 制成锂离子电池。电解液的成分是lmol/L的LiPF6(电解质盐)溶于按照体积比碳酸乙烯酯(EC)碳酸二甲酯(DMC):碳酸二乙酯(DEC) = 1:1:1混合而成的混合溶剂中。
用实施例8和对比例制作的电池负极分别制作两组各8只电池，对两组电池测试电池电压和内阻，结果列入表I中；并将两组电池放入高低温柜中升温至60°C，然后进行循环性能测试，选取每组中循环性能最优的一份电池数据，绘制成图2。使用日置内阻测试仪测试电池内阻，使用武汉赛艾斯LHS-B5V20A测试柜和高低温柜中对电池进行高温循环性能的测试电池以O. 5C充电至3. 6V，3. 6V恒压充电至电流小于O. 01C，然后电池以IC倍率放电至2. 0V，如此循环获得电池循环性能数据。
表I为实施例8和对比例制作的电池负极制成的电池的电压和内阻，表I表明实施例8和对比例制作的电池负极制作成锂离子电池后，电池的内阻平均由对比例的 7. 57m Ω下降到实施例8的5. 75m Ω，下降明显，而两组电池的电压平均值差别不大。
表I实施例8和对比例制作的电池负极制成的电池的电压和内阻
平均
权利要求
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于由以下质量百分比含量组分组成石墨94 98. 5%、导电剂0 3%、粘结剂1. 5 6% ； 其中，粘结剂由质量比为1: (Γ2)的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于O. 2 μ m的苯乙烯共聚物,丁苯橡胶的pH值为6. 5^7. 5,且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为广3%。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述锂离子电池负极材料由以下质量百分比含量组分组成石墨94、6%、导电剂f 3%、粘结剂3 4%。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述的丁苯橡胶的分子量为20000(Γ300000，丁苯橡胶的pH值等于7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为1. 5 2. 5%ο
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述的丁苯橡胶的粒径小于O. 09 μ m, pH值等于7，且丁苯橡胶在负极材料中的质量百分比为2. 5%。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述的导电剂为乙炔黑、导电炭黑或化学气相沉积碳纤维材料。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于所述导电剂为乙炔黑，所述的负极材料中石墨、乙炔黑、羧甲基纤维素和丁苯橡胶的质量比为94:2:1. 5:2. 5。
7.—种电池负极的制作方法，其特征在于包括以下步骤 (1)将权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池负极材料和水按照质量比为1:(Tl. 2)混合，搅拌均匀，得到锂离子电池负极浆料； (2)将得到的负极浆料涂布在铜箔上，依次进行干燥、压片和切片，得到锂离子电池负极电极片。
8.根据权利要求7所述的电池负极制作方法，其特征在于所述的搅拌为在常温下以IOOOrpm的搅拌速度搅拌4小时。
9.根据权利要求7所述的电池负极制作方法，其特征在于所述的干燥为在90°C干燥1.5小时。
全文摘要
一种锂离子电池负极材料及电池负极制作方法，负极材料由以下质量百分比含量组分组成石墨94~98.5%、导电剂0~3%、粘结剂1.5~6%；粘结剂由质量比为1:(1~2)的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中丁苯橡胶为粒径小于0.2μm的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为6.5~7.5。本发明解决了负极片在铜箔上的附着力和均匀性差，导致电池的内阻较高和高温放电性能较差的问题，采用本发明的负极材料和方法制作锂离子电池负极电极片，不但提高了负极电极片的粘结强度，还有效改善了使用此负极电极制成的锂离子电池的内阻和高温循环放电性能。
文档编号H01M4/38GK103000866SQ20121051353
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者高洪森 申请人:彩虹集团公司