[发明专利]阳极、阳极制备方法以及锂离子电池

说明书

本发明提供一种阳极，该阳极包括集流体和涂覆在该集流体上的阳极材料堆叠体，该阳极材料堆叠体包括阳极活性材料层，该阳极活性材料层包括多孔碳材料和第一粘合剂，该多孔碳材料与第一粘合剂混合。该阳极材料堆叠体还包括夹在集流体和阳极活性材料层之间的碳中间层。本发明还提供一种制备阳极的方法。此外，本发明还提供一种具有上述阳极的锂离子电池。

技术领域

本公开涉及用于锂离子二次电池的阳极及其制备方法，以及具有该阳极的锂离子电池。

背景技术

与传统的铅酸电池或镍氢(NiMH)电池相比，锂离子二次电池具有更高的能量密度。因此，它们已被广泛用作便携式电子设备的电源，例如移动电话、数码相机和笔记本电脑。近年来，节能和环保日益受到重视。作为清洁且环保的能源，锂离子电池已经在混合动力电动汽车(HEV)，电池电动汽车(BEV)以及太阳能发电和风力发电行业的储能中找到了商业应用。然而，在这些领域中的进一步技术发展需要增加电池容量和更长的使用寿命。

传统上，锂金属氧化物，例如钴酸锂(LiCoO₂)，锰酸锂(LiMn₂O₄)，镍酸锂(LiNiO₂)或磷酸铁锂(LiFePO₄)已被用作锂离子二次电池的阴极活性材料。

关于阳极材料，尽管已经对Si和Sn合金进行了大量研究，但是由于某些缺点例如膨胀限制、导电性差和充放电效率低，这些合金尚未投入商业使用。同时，锂金属或含锂合金现已被认为是具有高能量密度的阳极活性材料。在充电过程中，发生还原反应并生成锂金属。放电时，锂金属被氧化成锂离子。

然而，当该锂金属或含锂合金用于电池中时也具有其缺点。首先，在充电期间，产生的锂金属结晶以在阳极上形成小的锂颗粒或锂枝状晶体，这样的小锂颗粒或锂枝状晶体主要积聚在阳极的表面上，将快速降低电池的寿命。其次，锂枝状晶体在积累到一定程度时会刺穿锂电池隔板，从而导致电池短路和安全隐患。第三，这种小的锂颗粒具有高比表面积以及高活性，特别是在高温下，这也会导致安全隐患。第四，伴随着锂离子的氧化还原反应的过程，锂金属沉积在阳极上，这将会增加阳极的厚度。第五，沉积在阳极表面上的锂金属趋于从阳极表面分离。若锂金属脱离，则其不再参与充电或放电过程，这将缩短电池的寿命。第六，如果电极被陶瓷固体电解质覆盖，则由于锂的沉淀，固体电解质在充电/放电时会发生膨胀/收缩。当存在外部振动时，这种膨胀/收缩致使固体电解质中出现裂纹，这种裂纹将阻碍锂离子的移动并使电池失效。上述所有缺点都会导致电池安全隐患。

为了使锂金属的氧化还原反应可逆并解决上述安全问题，现已有对薄膜层压电池和实际应用进行了重要研究，其中将锂金属沉积在集流体上。然而，这种薄膜层压电池的制备需要真空蒸发设备，这将导致电池生产效率低和电池制造成本高。同时，薄膜层压电池还需要更多的薄片层，更多的隔板以及更多的集流体，所有的这些都不可避免地导致能量密度的降低。因此，薄膜层压电池不能解决安全问题。

鉴于上述情况，有待提供一种使电池具有更高容量，更高能量密度和更长寿命的阳极以及具有该种阳极的电池。

发明内容

本发明提供一种阳极，包括集流体和涂覆在该集流体上的阳极材料堆叠体,该阳极材料堆叠体包含阳极活性材料层，该阳极活性材料层包括多孔碳材料和第一粘合剂，该多孔碳材料与第一粘合剂混合。

在一个实施例中，所述第一粘合剂选自：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚氯乙烯、羧基聚氯乙烯、聚氟乙烯、环氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸丁酯橡胶、环氧树脂和尼龙。

在一个实施例中，所述多孔碳材料为无定形结构，所述多孔碳材料包括多个中孔和微孔，所述中孔的孔径为2-50nm，所述微孔的孔径小于2nm。