[发明专利]一种负极和包括该负极的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种负极和包括该负极的锂离子二次电池。

背景技术

目前，商业化的锂离子蓄电池大多采用碳质材料作为负极材料。碳质材料资源丰富，且具有较高的储锂量，锂离子能够在碳质材料中较快地进行插入/脱出反应，因此，碳质材料在锂离子电池中起着重要的作用。但是碳质材料作为锂离子二次电池的负极材料，由于其本身性质的因素，也存在一些不可克服的缺点，如大倍率充放电性能差，这是因为锂离子在碳质材料中扩散速度较低，大电流充放电时，极化非常严重，会在碳电极表面析出金属锂，形成锂枝晶造成安全隐患。

为了改善锂离子二次电池的高倍率充放电性能，许多研究者进行了大量的研究。研究者发现当用锂钛氧化物作为负极材料时，锂离子在该材料中扩散速度较高，且相对于金属锂电位为1.55V，没有SEI(solid electrolyteinterface)膜形成，因而在负极材料中的应用潜力很大。但该材料的电子传导性能较差，从而使采用该材料作为负极材料的电池的高倍率性能较差。因此研究者尝试添加一些导电剂以改善其高倍率性能，如CN 1841820A中公开了一种非水电介质二次电池，在具有以尖晶石形钛酸锂为主要材料的负极活性物质的非水电介质二次电池中，将d002值在0.335纳米到0.34纳米且体积密度小于0.1克/厘米³的碳质材料添加到上述负极活性物质中。该非水电介质二次电池的负极的制备方法是将作为负极活性物质的尖晶石型钛酸锂、作为导电剂的碳材料和粘结剂混合成负极合剂后负载到负极集流体上，然后加压成型，得到负极片。以负极合剂的总量为基准，碳材料的含量为5-20重量％。

CN 1728442A中也公开了一种非水电介质二次电池，包括；外壳；位于外壳中并含有线型亚硫酸酯的非水电介质；位于外壳中并能吸收-释放锂元素或锂离子的正极；和位于外壳中的负极，该负极包含锂钛氧化物和含有碳质材料的导电剂。该负极的制备方法包括将70-96重量％的作为负极活性物质的锂钛氧化物、2-28重量％的作为导电剂的碳质材料和2-28重量％的粘结剂制成浆料，然后将该浆料涂覆到负极集流体上，干燥后加压、裁切，得到负极片。

上述公开的非水电介质二次电池以锂钛氧化物为负极活性物质，并通过加入碳质材料作为导电剂以改善负极的导电性能，有效提高了电池的高倍率性能，但由于锂钛氧化物的比容量较低，理论容量为175mAh/g，因此，采用上述方法以导电剂量的碳质材料的锂钛氧化物混合物作为负极活性材料的锂离子二次电池的电容量较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术提供的具有大倍率充放电性能和安全性能的锂离子二次电池的电容量和电压低的缺陷，提供了一种使具有大倍率充放电性能和安全性能且电容量和电压较高的锂离子二次电池的负极以及含有该负极的锂离子二次电池。

本发明提供了一种负极，该负极包括集流体和涂覆在集流体上的负极材料涂层，所述负极材料含有碳质材料、粘结剂和锂钛氧化合物，其中，所述负极材料涂层中，所述碳质材料的总含量大于所述锂钛氧化合物的总含量，所述负极材料涂层至少包括两层，且在负极材料涂层的最外层中，所述碳质材料的含量小于所述锂钛氧化合物的含量，在其它层中，所述碳质材料的含量大于所述锂钛氧化合物的含量。

本发明还提供了一种锂离子二次电池，该电池包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液，所述正极、负极、隔膜和电解液密封在电池壳体内，其中，所述负极为本发明提供的负极。

本发明的发明人为了提高具有大倍率充放电性能和安全性能的锂离子二次电池的电容量和电压，向负极材料中增加碳质材料的含量，发现所制成的电池的电容量和电压增加了，但是该电池的循环性能、大倍率充放电性能和安全性能显著降低(比较例1)。本发明的发明人意外发现，增加负极材料中碳质材料的含量并通过涂敷两层负极材料层可以有效改善锂离子二次电池的性能，实验结果表明：用这种方法制备的负极制作的锂离子二次电池的容量大于970mAh，电压大于3.6伏；而现有技术提供的具有大倍率充放电性能和安全性能的锂离子二次电池(比较例2)的容量为648mAh，电压不到3.2伏；此外，采用本发明提供的负极制作的锂离子二次电池的循环性能、大倍率充放电性能和安全性能与现有技术提供的具有良好循环性能、大倍率充放电性能和安全性能的锂离子二次电池的相应性能相当。采用本发明提供的负极制作的扣式电池的容量大于1.8mAh，而现有技术提供的负极制作的扣式电池的容量为1.08mAh。因此，采用本发明提供的负极制作的锂离子二次电池具有较大的电容量和较高的电压，并且具有良好循环性能、大倍率充放电性能和安全性能。

具体实施方式