[发明专利]一种石墨负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种石墨负极结构组合及其制备方法。一种石墨负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。表面修饰层作为稳定的人造的SEI膜能很好的减少充电循环过程中锂离子的损失，提高首次充放电的库伦效应，提高石墨负极层的比容量密度，同时表面修饰层能很好的阻止大分子基团随着锂离子嵌入到石墨负极层中，避免石墨剥离，维持负极结构的结构稳定性，使其具有稳定的导电性能。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种石墨负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯。

【背景技术】

自1990年锂电池实现商业化以来，锂电池被广泛应用于3C、电动车和储能领域。负极材料作为锂电池的重要组成部分，直接影响着锂电池的比容量、能量密度、循环寿命和电池内阻。目前商业化锂电池负极活性材料为石墨，这主要是因为在电池充放电过程中，石墨负极的体积变化较小。此外锂电池在充放电过程中，石墨负极与电解质之间界面处会生成一层固态电解质膜(SEI膜)，SEI膜只允许锂离子通过。SEI膜的主要作用阻止大分子基团随锂离子嵌入到石墨负极中，避免石墨剥离，维持电池循环稳定性。但是SEI膜的形成会消耗部分锂离子，造成锂离子的损失，降低电池库伦效率，SEI膜的主要成分为含锂的化合物。SEI膜的好坏直接影响着电池不可逆容量损失、倍率性能、循环性能、石墨剥离以及电池安全性能等。目前的研究人员主要是通过电解液添加剂来促进SEI膜的稳定形成，Aurbach等人通过在1MLiAsF₆/EC:DMC(1:1)中加入5％的VC，使得石墨/Li在60℃下所获得的实际容量可达334mAh/g，且经历20周循环后容量仍然高达324mAh/g，明显高于不含VC时的实际容量208mAh/g。但是在SEI膜生成过程中仍会有锂损失，造成首次库伦效率较低。因此如何形成稳定的SEI膜将是石墨基负极锂电池提高比容量和循环稳定性的关键问题。

【发明内容】

为克服目前石墨基负极锂电池能量密度低和循环稳定性差的问题，本发明提供一种循环稳定性好，比容量密度高的石墨负极结构组合及其制备方法。

本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种石墨负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的石墨负极层，所述负极集流体、石墨负极层和表面修饰层叠加设置，所述石墨负极层包括石墨活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。

优选地，所述表面修饰层包括的具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li₃N)、磷化锂(Li₃P)、Li₂A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li₃PO₄)、碳酸锂(Li₂CO₃)、锂磷氧氮型固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、石榴石型的Li₇La₃Zr₂O₁₂、或者Li₇La₃Zr₂O₁₂改性掺杂物中的任一种。

优选地，所述表面修饰层的厚度为20-120nm。

优选地，本发明为了解决上述技术，提供另一技术方案：一种石墨负极结构组合的制备方法，包括以下步骤：提供形成有石墨负极层的负极集流体，然后在石墨负极层上远离负极集流体一侧利用物理气相沉积法形成所述表面修饰层，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。