[发明专利]一种用于提高锂离子储能器件倍率性能的负极及其用途

说明书

本发明提供了一种用于提高锂离子储能器件倍率性能的负极及其用途，所述负极包括集流体和涂覆于所述集流体上的负极材料，所述负极材料包含负极活性材料、任选的导电添加剂、粘结剂和选自硝酸锂、亚硝酸锂、硝酸钠和亚硝酸钠中的一种或多种含氮化合物。本发明还涉及所述负极在锂离子储能器件中的应用。本发明提供的负极可以改善锂离子储能器件的倍率性能和循环稳定性，成本低，适于量产，可以广泛地应用于工业生产。

技术领域

本发明属于锂离子储能器件领域，具体涉及一种用于提高锂离子储能器件倍率性能的负极及其用途。

背景技术

随着环境污染和能源紧缺等问题的日趋严峻，清洁能源的开发利用变得越来越紧迫，因此绿色电化学储能与转换研究也逐渐成为能源与环境领域研究的热点。作为一种高效电能-化学能转化装置，储能器件已在人们的日常生活中得到广泛应用。尤其是锂离子储能器件，如今已广泛应用于各类电子设备中。特别地，锂离子储能器件受到了电动车、航天设备、军事设备等领域的青睐，而这些领域对锂离子储能器件的循环容量、循环倍率、循环寿命都要求较高。

在锂离子储能器件领域内已知，在进行首次充放电时，锂离子储能器件的负极活性材料表面会形成一种固体电解质薄膜(SEI膜)，由于现在商用的电解液是含有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等碳酸酯类溶剂的非水系电解液，SEI膜的主要成分为LiF、Li₂CO₃或烷基酯锂等，这层固体电解质降低了负极和电解液之间的副反应，但是由于这样的SEI膜使锂离子电导率很低，因此界面动力学被抑制，从而降低了锂离子储能器件的倍率性能。

因此，仍需要寻找一种合适的方案，该方案在保护负极界面不受电解液腐蚀的同时提高负极的界面动力学，从而提高倍率性能，真正实现锂离子储能器件的快速充放电。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种用于提高锂离子储能器件倍率性能的负极及其用途，通过使用所述负极能够简单且有效地提高锂离子储能器件负极倍率性能。

本发明人发现，通过向负极的负极材料中添加选自硝酸锂、亚硝酸锂、硝酸钠和亚硝酸钠中的一种或多种含氮化合物，可以在锂离子储能器件的负极活性材料表面原位包覆一层具有高锂离子导电性的固态电解质层 (SEI膜)，进而很好地提高锂离子储能器件的倍率性能和循环稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一方面，本发明提供了一种用于提高锂离子储能器件倍率性能的负极，所述负极包括集流体和涂覆于所述集流体上的负极材料，所述负极材料包含负极活性材料、任选的导电添加剂、粘结剂和选自硝酸锂、亚硝酸锂、硝酸钠和亚硝酸钠中的一种或多种含氮化合物。

根据本发明提供的负极，其中，以所述负极材料的重量计，所述含氮化合物的含量为0.5～20重量％。

根据本发明提供的负极，其中，所述负极活性材料为选自碳材料、硅基材料和锡基材料中的一种或多种。

在一些实施方案中，合适的碳材料的实例包括但不限于：石墨如天然石墨和人造石墨、硬碳和软碳。

在一些实施方案中，合适的硅基材料的实例包括但不限于：单质硅、硅合金、SiC和SiO。

在一些实施方案中，合适的锡基材料为选自单质锡材料、锡氧化物材料和锡合金材料中的一种或多种。

根据本发明提供的负极，其中，以所述负极材料的重量计，所述负极活性材料的含量为70～95重量％。

根据本发明提供的负极，其中，所述导电添加剂为选自炭黑导电剂如 Super-P、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种。

根据本发明提供的负极，其中，以所述负极材料的重量计，所述导电添加剂的含量为0～20重量％，优选为1～10重量％。