[发明专利]一种石墨负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨负极极片及其制备方法和应用。所述负极极片包括集流体和至少两层电极层，靠近集流体的电极层为大粒径石墨电极层，远离集流体的电极层为小粒径石墨电极层。本发明通过采用表层小颗粒，底层大颗粒的石墨负极材料混配体系，降低了迂曲度，有效地促进了电池内部的离子传输，提升了电池循环的容量保持率，另一方面还有效地改善了循环负极极片的界面。

技术领域

本发明属于锂离子的电池技术领域，涉及一种石墨负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，锂离子电池需求急剧增长，与此同时，大众对锂离子电池电性能的要求也越来越高，如：需要满足快速充电、使用寿命长、可适用于高温及低温条件等等，其中“长循环”成为评判锂离子电池性能优异与否的重要指标之一。

石墨由于其低放电平台和高比容量成为备受青睐的锂离子电池负极材料。然而，随着充放电次数的增加，石墨层状结构逐渐蓬松，层间距增加，SEI膜反复破坏重整，不可逆容量损失增加。

针对以上问题，研究者们通常从以下几个方面对石墨负极进行相关的改善。(1)对石墨颗粒进行氧化处理，增加石墨化程度，同时纳米孔洞、孔隙的增多也增加了锂嵌/脱的位置；(2)对石墨负极进行预锂化处理，使得石墨表面形成的钝化膜更加均匀、致密，此外还可以减少溶剂化锂离子的嵌入；(3)采用金属掺杂，如Ag、Zn，有效促进锂离子和电子的定向传输，进而影响到石墨负极的嵌锂行为；(4)调整电解液组成来抑制或者减少石墨负极表面的副反应。

CN106025180A公开了核壳结构的锂离子电池负极材料GeO₂/C及其制备方法。该制备方法中，通过配置二氧化锗和碳源混合液，并经过球磨、烧结制备出复合材料。但是由于GeO₂和碳源是通过固相混合，造成GeO₂掺杂不均一、材料之间的结合力差，造成其循环性能、倍率性能较差。

CN105529442A公开了基于锗纳米粒子/多层石墨复合物的高性能锂离子电池负极材料的制备方法。该制备方法中，首先采用水溶液法，通过还原二氧化锗形成锗纳米颗粒，并与多层石墨材料相复合制备成纳米锗/多层石墨复合材料。该文献得到的复合材料虽然在克容量方面得到提高，但是其循环性能及其倍率性能并未得到改善，其原因是由于采用液相法制备出材料，石墨与纳米锗之间的结合力差，导电率差造成其循环性能及其倍率性能偏差。

因此，如何提升石墨负极的电化学性能尤其是循环性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨负极极片及其制备方法和应用。本发明通过采用表层小颗粒，底层大颗粒的石墨负极材料混配体系，降低了迂曲度，有效地促进了电池内部的离子传输，提升了电池循环的容量保持率，另一方面还有效地改善了循环负极极片的界面。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种石墨负极极片，所述负极极片包括集流体和至少两层电极层，靠近集流体的电极层为大粒径石墨电极层，远离集流体的电极层为小粒径石墨电极层。

本发明中，需要说明的是，所述大粒径和小粒径是相对而言的大小，即两个电极层之间的石墨的粒径的大小比较。

本发明通过采用表层小颗粒，底层大颗粒的石墨负极材料混配体系，降低了迂曲度，有效地促进了电池内部的离子传输，提升了电池循环的容量保持率，另一方面还有效地改善了循环负极极片的界面。

本发明所提供的石墨负极极片，相比于单独的小粒径石墨负极极片和大粒径石墨负极极片，有效地改善了负极极片的循环界面，进而提升了电池的循环性能。

优选地，所述大粒径石墨电极层中的石墨的中值粒径与小粒径石墨电极层中的石墨的中值粒径的差值≥3μm，例如3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm或7μm等。