[发明专利]阳极材料、阳极极片和锂离子电池

说明书

本发明公开了阳极材料、阳极极片和锂离子电池。其中，阳极材料具有类核壳结构，该阳极材料包括内层和外层，内层包括阳极活性物质，外层包括支持锂离子快速嵌入的材料、导电剂和粘结剂。将该阳极材料应用于锂离子电池，可以显著提高电池的充电窗口，极大程度降低电池的充电时间，同时保证电池具有优异的能量密度、长期可靠性和安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，本发明涉及阳极材料、阳极极片和锂离子电池。

背景技术

随着电动车的快速发展，以及世界对环保的要求，电动车替代燃油车的进度逐渐加快，目前电动车在很多方面(比如续航里程、加速性能、整车寿命等)基本已经可以达到燃油车水平，但在补充能量方面，电动车依然远远差于燃油车，因此急需改善电动车的充电速度。为此，就需要优化锂离子动力电池的充电窗口，提高充电倍率，降低充电时间。

目前，提高锂离子动力电池充电窗口的方法主要包括如下两种：阴极方面，一般通过降低颗粒尺寸或对颗粒进行表面包覆，或降低电极涂布重量及压实密度。阳极方面，一般通过降低颗粒尺寸或对颗粒进行官能团修饰，或降低电极涂布重量及压实密度。然而，现有的改进方法将恶化颗粒本身比容量的发挥和电芯能量密度；降低颗粒尺寸会增大颗粒的比表面积，从而恶化电芯的长期存储性能；降低电极涂布重量，导致活性物质占比降低，牺牲电芯能量密度。

综上所述，现有的锂离子电池仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出阳极材料、阳极极片和锂离子电池。将该阳极材料应用于锂离子电池，可以显著提高电池的充电窗口，极大程度降低电池的充电时间，同时保证电池具有优异的能量密度、长期可靠性和安全性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种阳极材料。根据本发明的实施例，所述阳极材料具有类核壳结构，所述阳极材料包括：内层，所述内层包括阳极活性物质；外层，所述外层包括支持锂离子快速嵌入的材料、导电剂和粘结剂。

发明人在研究中发现，在快速充电的高倍率电流情况下，阳极材料表面的锂离子浓度会急剧增加，若不能使锂离子正常嵌入材料内部，锂离子将沉积在材料表面，导致材料性能恶化。根据本发明上述实施例的阳极材料中，支持锂离子快速嵌入的材料包覆在内层阳极活性物质的表面，该类材料具有高锂离子固相扩散系数，可以保证高倍率电流下锂离子快速嵌入材料内部，实现电池的快速充电。同时，该阳极材料的应用不会对电池原有性能造成不利影响，能够保证电池具有优异的能量密度、长期可靠性和安全性能。

另外，根据本发明上述实施例的阳极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述阳极活性物质选自天然石墨、人造石墨、硅碳材料、硅氧材料中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述阳极活性物质的中位粒径为8～20μm。

在本发明的一些实施例中，所述支持锂离子快速嵌入的材料选自软碳、硬碳、钛酸锂、高固相扩散系数石墨材料中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述支持锂离子快速嵌入的材料的中位粒径为0.5～5μm。

在本发明的一些实施例中，所述导电剂选自碳纤维、碳纳米管、石墨烯、导电炭黑SP中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述导电剂的中位粒径为50～500nm。

在本发明的一些实施例中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丁苯乳胶、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚丁烯酸酯、羧甲基纤维素钠中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，基于所述阳极活性物质的质量，所述支持锂离子快速嵌入的材料的占比为1％～15％，所述导电剂的占比为0.5％～5％，所述粘结剂的占比为0.5％～3％。