[实用新型]一种锂离子二次电池负极

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电池的电极，更具体地说，本实用新型涉及一种锂离子二次电池负极，属于锂离子二次电池技术领域。

背景技术

随着各种便携式电子设备及电动汽车的广泛应用和快速发展，对化学电源的需求和性能需求急剧增长。和其它化学电源相比，锂离子电池以其长寿命和高功率特性等优势成功并广泛应用于终端移动电子设备领域。目前，商品化锂电池中大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系。随着信息技术的迅速发展，以移动电话、笔记本电脑为代表的便携式设备不断向小型化、薄型化方向发展，因此对电池的能量密度、成本以及安全性提出更高的要求。已商品化锂电池的性能已越来越不能满足上述发展的要求，其中负极材料是重要的制约因素之一。

硬炭负极材料以其无规排序所具有的较高容量、低造价和优良循环性能引起了人们的极大兴趣。Sony公司通过热解聚糠醇得到比容量为450mAh/g的炭材料；Kanebo公司用聚苯酚作前驱体的热解炭负极材料的可逆容量达到580mAh/g，远远超出石墨类炭材料的理论嵌锂容量372mAh/g，从而使人们对其进行了大量的研究与开发。为了提高硬炭材料的体积能量密度，Ou Jung Kwon 等以酚醛树脂为原料制成了硬炭球，它具有较高的压实密度（0.9g/mL）和较小的比表面积（相对于不规则的硬炭类材料来说）。Wang等采用晶体生长水热法制备了一种纳米结构微球炭负极材料，它是外观直径为5～10 μm的炭球，球内是单石墨层组成的孔径在0.5～3.0 nm 的纳米孔或管，它结合了碳纳米管材料的高储锂能力和球形碳材料的优良加工性能，能量密度比目前正在使用的MCMB材料高30%，达到400 mAh/g，尤其适用于锂离子动力电池的大电流工作的需要，且成本远远低于碳纳米管。安全性方面，大阪煤气化公司使用煤沥青为原料，经过1100℃炭化制得硬炭材料，经分析，该硬炭材料过放120%时才会发生金属锂析出，与之相比，石墨负极过放105%时即有锂析出。因此，从电池的安全性能考虑，硬炭材料要好于石墨。但是，由于硬炭本身的结构特点，也存在诸多缺陷：如可逆储锂容量一般随循环的进行衰减比较快；另外还存在电压滞后的现象(放电电势明显高于对应的嵌锂状态的充电电势)；但最重要的是首次充放电不可逆容量较大(一般大于20%)，因此严重制约了硬炭材料的实用化过程，至今未能商业化应用。

为了降低硬炭材料首次不可逆容量，提高电极的首次充放电效率，目前常用的方法是用锂粉/箔以及锂化物来补偿硬炭材料的首次不可逆容量，并取得了一定的效果如：

国家知识产权局于2007.1.3公开了一件申请号为200610089725.8，名称为“锂离子电池用硬炭-锂金属复合负极材料的制备方法”的发明专利，该专利是将硬炭材料与锂粉在惰性气体气氛下进行混合，得到硬炭-锂金属复合负极材料。另一种方法是：将硬炭材料粉末制备成电极片；然后在惰性气体气氛下，将锂箔压制在硬炭电极片表面，得到硬炭-锂金属复合负极材料。两种方法中锂与硬炭材料的质量比关系满足：锂的首次过剩放电容量能够补偿硬炭的首次不可逆容量。本发明提出的方法能够制备得到的负极材料具有首次库仑100%以上、电化学活性高、可逆容量大、循环性能好、材料成本低、工艺流程简单等优点。

国家知识产权局于2011.9.28公开了一件申请号为201110093537.3，名称为“一种高容量金属锂粉复合负极及制备方法和多层复合电极”的发明专利，该专利公开了一种高容量金属锂粉复合负极及制备方法和多层复合电极一种高容量金属锂粉复合负极，复合负极重量份组成为：金属锂粉1～80份；负极粉末10～90份；导电剂1～10份；粘结剂1～4.5份；表面活性剂0～0.5份；本发明通过金属锂粉末与石墨、软碳、硬炭、锡及其氧化物、硅及其氧化物等材料复合提高负极材料的质量比容量和体积比容量，减小活性物质用量提高电池比容量；通过调整金属锂与石墨的比例可以调节负极的比容量；通过绝缘保护层的阻隔能有效防止金属枝晶生长刺穿隔膜造成电池内短路，提高电池的安全性能；锂金属粉末抵消负极在不可逆容量损失，提高了石墨、硬炭、软碳、锡、硅等负极材料的首次库伦效率。

但是，上述方法存在一定的缺陷：首先，锂金属粉末具有较高的活性，在与硬炭材料球磨混合的过程中，极易发生团聚，分布不均匀的锂粉将会导致电极充放电态的不一致，进而导致电池容量衰减过快；其次，锂箔覆盖在电极表面，不仅工业化实现过程困难，而且也存在锂箔刺穿隔膜的风险，降低了电池的安全性。

实用新型内容

本实用新型旨在解决含有硬炭材料的锂电池首次不可逆容量低的缺陷，提供一种安全性好、充放电效率高、低温性能优异以及适宜快充的锂离子电池负极。