[发明专利]一种负极极片及其制备与应用

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种负极极片及其制备与应用。本发明的负极极片制备时先将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；然后将负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片。本发明制备得到的负极极片用于制备锂电池；当负极活性物质的拉曼值I(D)/I(G)＝0.02‑0.70、比表面积为0.5‑1.9m²/g、石墨化度为90‑97％，制备得到的负极极片压实密度为1.2‑1.8g/cm³时，锂电池的能量密度、快充性能、循环寿命和安全性最好。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种负极极片及其制备与应用。

背景技术

石墨负极石墨化程度越高，石墨层间距越小，电极的能量密度越高，但是锂离子嵌入石墨层的速率变小。石墨颗粒取向性性对锂离子嵌入石墨层的速度有影响，但是主要的影响嵌入速度的是石墨表面的结构。当石墨比表面越大或者表面非晶质越多，锂离子嵌入通道越多，则锂离子嵌入速度越快。但是过大的比表面积和非晶质碳一方面会降低电极的压实密度，另一方面会增加表面副反应，导致锂电池的能量密度降低，使得电池高温循环寿命和高温存储性能降低。石墨电极的压实密度越高，电池的能量密度越高，但是压实密度对电解液吸收电解液的特性也有影响，压实密度越高吸液性越差，而保证电解液吸收充分，才能实现电极的快充性能。

现有专利CN108807847A和CN108709825A关注了负极材料内部OI值、材料粒度和压实密度对锂电池快充性能的影响。专利CN106486653A和专利 CN104332630A关注了石墨负极表面包覆对锂电池性能的影响；专利CN108807847 和CN108709825A关注了负极极片材料内部物质结构对充电速度的影响，但没有考虑材料表面特性对负极极片电性能的影响。

综上所述，现有技术并没有对各个因素的综合作用进行研究，因此对负极极片的几个因素进行综合探究从而提升负极极片的整体性能具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种负极极片及其制备与应用。在锂电池快速充电过程中，由于充电电流速度超过锂离子嵌入石墨层的速度，导致锂离子在石墨负极表面发生还原沉积，形成锂金属枝晶，使得锂电池安全性变差。负极表面石墨的晶态结构影响锂离子嵌入石墨层的速度，当石墨表面的无定型碳含量增加时，锂离子嵌入速度变快，减缓锂枝晶的生长，但同时会减小负极极片的压实密度，增加锂电池高温副反应。本方案通过综合负极活性物质比表面积、拉曼值、石墨化度、压实密度对电池性能的影响，并给出了电极设计个因数的最佳参数范围；当负极活性物质比表面积为0.5-1.9m²/g、代表负极无定型碳与晶质碳量比例的拉曼光谱指标 I(D)/I(G)＝0.02-0.70、石墨化度为90-97％，制备得到的负极极片压实密度为 1.2-1.8g/cm³时，锂电池的能量密度最大、快充性能最好、循环寿命最高且安全性最好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将负极活性物质、增稠剂、粘结剂溶解于溶剂中并混匀，得到负极浆料；

(2)将步骤(1)得到的负极浆料涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后后处理得到负极极片；

所述负极活性物质为石墨或石墨与其他活性物质的混合物；所述负极活性物质的比表面积为0.5-1.9m²/g，石墨化度为90-97％，拉曼值I(D)/I(G)＝0.02-0.70。

在本发明的一个实施方式中，其它活性物质选自硅负极材料、软硬碳负极材料或钛酸锂负极材料中的一种或几种。

在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述增稠剂为CMC；所述粘结剂为SBR，所述溶剂为去离子水。