一種鋰離子電池的負(fù)極及其制備方法和鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體地，涉及一種鋰離子電池的負(fù)極及其制備方法 和鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子二次電池因具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電率低、無(wú)污染、生 產(chǎn)成本低、可回收利用等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、攝像機(jī)及各種便攜式 電動(dòng)工具和電子儀表等，并已成為國(guó)際上公認(rèn)的"綠色電池"。
[0003] 鋰離子二次電池作為各類(lèi)電子設(shè)備的能源被廣泛應(yīng)用的同時(shí)，人們對(duì)它性能的要 求也越來(lái)越高，人們出于對(duì)使用時(shí)間和使用壽命的考慮，都要求作為能源供應(yīng)者的電池具 有較高的初始容量、在反復(fù)的充放電過(guò)程中具有較好的容量保持率而表現(xiàn)出良好的循環(huán)性 能的同時(shí)，還希望電池在苛刻環(huán)境中使用時(shí)仍能夠顯示出其優(yōu)良的電化學(xué)性能。例如，為了 滿(mǎn)足某些特殊工作場(chǎng)合的需要，要求鋰離子二次電池在高溫（55°C )以及低溫（零下40°C ) 環(huán)境下，不但能夠進(jìn)行正常的充、放電，而且需要較高的初始容量從而保證其相對(duì)較長(zhǎng)的使 用壽命。但是，現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子二次電池往往無(wú)法在高溫和低溫下兼顧良好的電化學(xué)性 能。因此，研宄開(kāi)發(fā)出一種能夠在苛刻環(huán)境中仍具有良好電化學(xué)性能的鋰離子二次電池的 需要就顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新的、在苛刻環(huán)境中仍具有良好電化學(xué)性能的鋰離子電 池的負(fù)極及其制備方法和采用該負(fù)極的鋰離子電池。
[0005] 本發(fā)明的發(fā)明人在研宄中發(fā)現(xiàn)，在制備鋰離子電池的負(fù)極時(shí)，使得負(fù)極活性物質(zhì) 中同時(shí)含有釩酸鋰和鈦酸鋰，將該負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池中，能夠使制備得到的鋰離子電 池兼顧良好的循環(huán)性能、耐高溫性能和耐低溫性能，在苛刻環(huán)境中仍具有良好的電化學(xué)性 能。
[0006] 因此，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的負(fù)極，該負(fù) 極包括集電體及位于集電體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘 合劑，其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)含有釩酸鋰和鈦酸鋰。
[0007] 第二方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的負(fù)極的制備方法，所述方法包括：將含 有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑與溶劑的漿料涂覆和/或填充在集電體上，干燥，壓延或 不壓延，其中，負(fù)極活性物質(zhì)含有釩酸鋰和鈦酸鋰。
[0008] 第三方面，本發(fā)明提供了上述方法制備得到的鋰離子電池的負(fù)極。
[0009] 第四方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，該電池包括極芯和非水電解液，所述極 芯和非水電解液密封在電池殼體內(nèi)，所述極芯包括正極、負(fù)極及隔膜，其中，所述負(fù)極為本 發(fā)明提供的負(fù)極。
[0010] 本發(fā)明中，在制備鋰離子電池負(fù)極時(shí)，使得負(fù)極活性物質(zhì)中同時(shí)含有釩酸鋰和鈦 酸鋰，將該負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池中，能夠使制備得到的鋰離子電池兼顧良好的循環(huán)性能、 耐高溫性能和耐低溫性能。例如，以實(shí)施例1-10為例，鋰離子電池 Al-Aio在55°C下的初始 放電容量能夠達(dá)到額定容量的90%以上，同時(shí)，其在-40°C下的初始放電容量能夠達(dá)到額 定容量的78%以上，由此充分說(shuō)明，本發(fā)明提供的鋰離子電池在苛刻環(huán)境中使用時(shí)仍能夠 具有良好的電化學(xué)性能。優(yōu)選情況下，在負(fù)極活性物質(zhì)中同時(shí)含有釩酸鋰和鈦酸鋰的前提 下，導(dǎo)電劑含有石墨條和炭黑時(shí)，能夠進(jìn)一步提尚鈕尚子電池的循環(huán)性能、耐尚溫性能和耐 低溫性能；或者，向所述負(fù)極材料中進(jìn)一步加入氧化紀(jì)和/或氧化銀，能夠進(jìn)一步提高鋰離 子電池的循環(huán)性能、耐高溫性能和耐低溫性能。
[0011] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0013] 第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池的負(fù)極，該負(fù)極包括集電體及位于集電 體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑，其中，所述負(fù)極活性 物質(zhì)含有釩酸鋰和鈦酸鋰。
[0014] 本發(fā)明的發(fā)明人在研宄中發(fā)現(xiàn)，由于負(fù)極活性物質(zhì)中同時(shí)含有釩酸鋰和鈦酸鋰， 使采用該負(fù)極材料制得的負(fù)極制備的電池能夠兼顧優(yōu)良的循環(huán)性能、耐高溫性能和耐低溫 性能。
[0015] 盡管只要負(fù)極活性物質(zhì)中同時(shí)含有釩酸鋰和鈦酸鋰即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的， 但是，優(yōu)選情況下，為了進(jìn)一步提高本發(fā)明所述鋰離子電池的循環(huán)性能、耐高溫性能和耐低 溫性能，釩酸鋰和鈦酸鋰的重量比為0. 05-0. 1:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 06-0. 08:1。
[0016] 本發(fā)明的發(fā)明人在研宄中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)電劑中同時(shí)含有石墨烯和炭黑時(shí)，能 夠進(jìn)一步改善使采用該負(fù)極材料制得的負(fù)極制備的電池的循環(huán)性能、耐高溫性能和耐低溫 性能。因此，優(yōu)選情況下，導(dǎo)電劑含有石墨烯和炭黑。進(jìn)一步優(yōu)選地，石墨烯和炭黑的重量 比為0. 5-1:1，更進(jìn)一步優(yōu)選為0. 6-0. 8:1。
[0017] 本發(fā)明的發(fā)明人在研宄中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，負(fù)極材料含有添加劑氧化釔和/或氧化鈮 時(shí)，能夠進(jìn)一步改善使采用該負(fù)極材料制得的負(fù)極制備的電池的循環(huán)性能、耐高溫性能和 耐低溫性能。因此，優(yōu)選情況下，負(fù)極材料還含有添加劑，所述添加劑為氧化釔和/或氧化 鈮。
[0018] 本發(fā)明的鋰離子電池的負(fù)極中，氧化釔和氧化鈮可以同時(shí)含有亦可以只含有其中 之一。本發(fā)明的發(fā)明人在研宄中意外地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在負(fù)極材料中同時(shí)含有氧化釔和氧化鈮 時(shí)，其性能的改善更為顯著。優(yōu)選地，以負(fù)極活性物質(zhì)為基準(zhǔn)，氧化釔和氧化鈮的總含量為 1-5重量％，進(jìn)一步優(yōu)選地，以負(fù)極活性物質(zhì)為基準(zhǔn)，氧化釔和氧化鈮的總含量為1-3. 5重 量％。其中，氧化鈮和氧化釔二者的重量比的可調(diào)節(jié)范圍較寬，綜合考慮成本和效果，氧化 ?乙和氧化銀的重量比優(yōu)選為0. 5-1:1，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 6-0. 8:1。
[0019] 本發(fā)明的鋰離子電池的負(fù)極中，負(fù)極材料中含有的負(fù)極活性物質(zhì)的含量的可選擇 范圍較寬，通常情況下，以負(fù)極材料的總量為基準(zhǔn)，負(fù)極活性物質(zhì)的含量可以為85-98. 5重 量％。負(fù)極材料中含有的導(dǎo)電劑的含量的可選擇范圍較寬，通常情況下，以負(fù)極活性物質(zhì)的 重量為基準(zhǔn)，導(dǎo)電劑的含量為1-15重量％，優(yōu)選為2-10重量％。負(fù)極材料中含有的粘合 劑的種類(lèi)和含量的可選擇范圍較寬，負(fù)極中的粘合劑可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的粘合 劑，例如含氟樹(shù)脂和聚烯烴化合物如聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚四氟乙烯（PTFE)、丁苯橡膠 (SBR)中的一種或多種。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)所用粘合劑種類(lèi)的不同，以負(fù)極活性物質(zhì)的重量為 基準(zhǔn)，粘合劑的含量為〇. 01-8重量％，優(yōu)選為0. 02-5重量％。形成負(fù)極的集電體可以為鋰 離子電池中常規(guī)使用的負(fù)極集電體，如沖壓金屬，金屬箔，網(wǎng)狀金屬，泡沫狀金屬，優(yōu)選為覆 碳鋁箔或電解鋁箔，進(jìn)一步優(yōu)選為覆碳鋁箔。
[0020] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，對(duì)于負(fù)極材料位于集電體上的方式?jīng)]有特別的限 定，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的各種方式，例如可以為負(fù)極材料涂覆和/或填充于集電體上，對(duì)于 涂覆和/或填充的方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
[0021 ] 第二方面，本發(fā)明提供了 一種鋰離子電池的負(fù)極的制備方法，其中，所述方法包 括：將含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑與溶劑的漿料涂覆和/或填充在集電體上，干 燥，壓延或不壓延，其中，負(fù)極活性物質(zhì)含有釩酸鋰和鈦酸鋰。優(yōu)選情況下，導(dǎo)電劑含有石墨 烯和炭黑，和/或所述漿料還含有氧化釔和/或氧化鈮。
[0022] 在制備鋰離子電池負(fù)極的方法中，對(duì)于含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑（優(yōu) 選情況下還含有氧化釔和/或氧化鈮）與溶劑的漿料的獲得方式?jīng)]有特別的限定，只要能 夠?qū)⒑星笆鼋M分的漿料混合均勻即可，例如，含有負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘合劑與溶劑 的漿料可以通過(guò)先將負(fù)極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑混合均勻后，再與粘合劑、溶劑或者粘合劑與 溶劑形成的粘合劑溶液混合均勻而得到；也可以通過(guò)先將負(fù)極活性物質(zhì)、粘合劑和溶劑混 合均勻，然后再與導(dǎo)電劑混合均勻，得到漿料。所述的溶劑可以為去離子水或N甲基吡咯烷 酮（NMP)。溶劑的用量能夠使所述糊狀物具有粘性和流動(dòng)性，能夠涂覆到集電體上即可。干 燥、壓延的方法和條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不再贅述。
[0023] 在制備鋰離子電池負(fù)極的方法中，釩酸鋰和鈦酸鋰的重量比、石墨烯和炭黑的重 量比、氧化釔和氧化鈮的用量和比例可以參考本發(fā)明的上述內(nèi)容，在這里不再贅述。此外， 在鋰離子電池負(fù)極的制備過(guò)程中，漿料中釩酸鋰和鈦酸鋰的加入量?jī)?yōu)選保證得到的負(fù)極中 釩酸鋰和鈦酸鋰的含量在本發(fā)明的優(yōu)選范圍。此外，漿料中石墨烯和炭黑的加入量?jī)?yōu)選保 證得到的負(fù)極中石墨烯和炭黑的含量在本發(fā)明的優(yōu)選范圍。漿料中氧化釔和/或氧化鈮的 加入量?jī)?yōu)選保證得到的負(fù)極中氧化釔和/或氧化鈮的含量在本發(fā)明的優(yōu)選范圍內(nèi)。
[0024] 第三方面，本發(fā)明提供