鋰離子電池負(fù)極、鋰離子電池和其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于制備裡離子電池負(fù)極活性層的組合 物、活性層含有所述組合物的裡離子電池負(fù)電極及其制備方法和裡離子電池，還設(shè)及所述 裡離子電池的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著筆記本電腦，便攜式移動(dòng)電話等電子設(shè)備的不斷發(fā)展，作為其電源的 二次電池的需求也在不斷增長，特別是裡離子電池，由于具有高的容量和高的能量密度，同 時(shí)具有優(yōu)異的充放電循環(huán)性能，已經(jīng)成為眾多3C領(lǐng)域產(chǎn)品的首選電源。隨著3C領(lǐng)域電子產(chǎn) 品功能的越來越多樣化，對于裡離子電池的容量、能量密度及充放電循環(huán)性能等要求也越 來越高。
[0003] 而裡離子電池性能的改善主要取決于正、負(fù)極材料的能量密度和循環(huán)性能，在正 極材料克容量沒有較大的改善的前提下，負(fù)極材料的提高成為電池性能提高的關(guān)鍵因素， 而目前裡離子電池廣泛采用的石墨類碳負(fù)極材料的理論儲(chǔ)裡容量偏低，已經(jīng)不能適應(yīng)電子 產(chǎn)品更新?lián)Q代的需求，因此采用新型負(fù)極材料的裡離子電池的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。
[0004] 在此背景下，娃基材料因其具有很高的理論儲(chǔ)裡容量(4200mAh/g)，遠(yuǎn)高于目前主 流電池廠商所使用的所有負(fù)極材料，因此最有希望成為新體系裡離子電池所需的負(fù)極材 料。具體如娃用做裡離子電池負(fù)極材料，與裡離子可形成Li4.4Si，其理論容量可達(dá)到 4200mAh/g，是目前常規(guī)石墨類負(fù)極材料的11倍，因此用娃作為負(fù)極材料，能大幅度提高裡 離子電池的能量密度。但是娃基材料在具體應(yīng)用過程中存在一些問題:a).導(dǎo)電性差;b).嵌 裡/脫裡過程中體積膨脹/收縮較大(體積變化~300%)，材料易粉化，導(dǎo)致電池循環(huán)性能 差，限制其商業(yè)化應(yīng)用。
[0005] 針對W上問題，目前常用的解決方法是將娃進(jìn)行納米化，W及將娃與碳進(jìn)行復(fù)合， 但納米化和娃碳復(fù)合的方式對材料的性能影響較大。如在CN 189 1668A(申請?zhí)枮?200510082822.X)的中國專利公開了一種具有球形核殼結(jié)構(gòu)的碳娃復(fù)合材料。該碳娃復(fù)合 材料是W1-45微米碳顆粒為核，W碳和10納米至4微米的娃晶粒組成殼體，其中，控制娃占 顆粒總重的5-50wt%，碳占顆?？傊氐?0-95wt%。該碳娃復(fù)合材料對現(xiàn)有娃碳復(fù)合材料循 環(huán)性能差的缺點(diǎn)有一定的改善，但硬碳或軟碳對娃的體積膨脹/收縮并未起到較大的緩沖 作用，且娃與軟碳或硬碳的接觸并不非常緊密，使得娃碳復(fù)合材料的循環(huán)性能仍然不能滿 足需求，從而直接導(dǎo)致電池的能量密度、功率密度、電池安全性能和循環(huán)性能不理想。
[0006] 在公開的另一份中國專利（申請?zhí)枮?01210534860.4)也對碳娃材料進(jìn)行了研究， 其具體公開了石墨締包覆娃碳復(fù)合負(fù)極材料，采用石墨締包覆納米娃和石墨微粉，顆粒形 狀為類球形，平均粒徑為5~30皿。但是有其公開的制備方法制備的該石墨締包覆娃碳復(fù)合 負(fù)極材料存在納米娃容易暴露在材料表面，且納米娃與石墨締或石墨的接觸并不非常緊密 的缺陷，該石墨締包覆娃碳復(fù)合負(fù)極材料的循環(huán)性能仍然不理想，依然會(huì)導(dǎo)致電池的能量 密度、功率密度、電池安全性能和循環(huán)性能不理想。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一種用于制備裡離子電池負(fù) 極活性層的組合物、含有所述組合物的裡離子電池負(fù)電極和裡離子電池 W及裡離子電池的 應(yīng)用方法，W解決現(xiàn)有娃碳基裡離子電池能量密度、功率密度、電池安全性能和循環(huán)性能不 理想的技術(shù)問題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種用于制備裡離子電池負(fù)極 活性層的組合物，其包括如下質(zhì)量百分比的組分：
[0009] 第一負(fù)板活性物質(zhì) 5%-10% 第二負(fù)板活性物質(zhì) 85%-90%
[0010] 導(dǎo)電詞 0.5%-2% 據(jù)結(jié)劑 1.:5%-5%|
[0011] 其中，所述第一負(fù)極活性物質(zhì)包含核-殼結(jié)構(gòu)，所述核包括納米娃/石墨締片、軟 碳，且所述核為軟碳前驅(qū)體和所述納米娃/石墨締片經(jīng)熱處理后得到的納米娃/石墨締片、 軟碳復(fù)合顆粒，其中，所述軟碳附著在所述納米娃/石墨締片表面，且所述納米娃/石墨締片 之間具有自由空間；
[0012] 所述殼由碳材料B、納米碳組成，所述碳材料B、所述納米碳依次包覆在所述核表 面；
[0013] 所述第二負(fù)極活性物質(zhì)為石墨材料。
[0014] 本發(fā)明的另一方面，提供了一種裡離子電池負(fù)電極，其包括負(fù)極集流體和結(jié)合在 所述負(fù)極集流體上的負(fù)極活性層，其中，所述負(fù)極活性層含有本發(fā)明所述用于制備裡離子 電池負(fù)極活性層的組合物。
[0015] 本發(fā)明的又一方面，提供了一種裡離子電池負(fù)電極的制備方法，包括如下步驟：
[0016] 按照本發(fā)明用于制備裡離子電池負(fù)極活性層的組合物所含的組分分別量取相應(yīng) 原料組分；
[0017] 將量取的所述粘結(jié)劑加入漿料溶劑中，形成膠液；
[001引將量取的所述導(dǎo)電劑、所述第一負(fù)極活性物質(zhì)和所述第二負(fù)極活性物質(zhì)分別加入 至所述膠液中，并進(jìn)行混料處理，形成負(fù)極活性層漿料；
[0019] 將所述漿料涂覆在負(fù)極集流體表面形成負(fù)極活性層。
[0020] 本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種裡離子電池，其包括負(fù)電極、正電極和設(shè)置 在所述負(fù)電極、正電極之間的隔膜，其中，所述負(fù)電極為本發(fā)明所述的裡離子電池負(fù)電極或 由本發(fā)明所述的裡離子電池負(fù)電極制備方法制備的裡離子電池負(fù)電極。
[0021] 本發(fā)明的還一方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明裡離子電池池在通信設(shè)備、移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè) 備、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于制備裡離子電池負(fù)極活性層的組合物所含的所述第 一負(fù)極活性物質(zhì)為核-殼結(jié)構(gòu)，且其核所含的軟碳附著在所述納米娃/石墨締片表面，使得 所述納米娃/石墨締片之間具有自由空間，從而使得所述娃碳復(fù)合負(fù)極材料可W通過內(nèi)部 的自由空間來吸收娃在電池充放電過程中膨脹和收縮，從而大幅度降低娃碳復(fù)合材料的體 積膨脹效應(yīng)，進(jìn)而降低極片活性層在充放電過程中的膨脹率，保證活性物質(zhì)之間W及活性 物質(zhì)與集流體之間具有良好的電接觸性，并減少SEI膜由于極片膨脹而發(fā)生破裂，提高娃碳 復(fù)合負(fù)極材料在高容量下的循環(huán)性能。所述第一負(fù)極活性物質(zhì)所含的殼層一方面可W將所 述核內(nèi)部的自由空間與所述核外面進(jìn)行隔開，防止制作電池時(shí)電解液溶劑進(jìn)入核內(nèi)部，保 證了娃碳復(fù)合負(fù)極材料具有較高的首周庫倫效率；另一方面，可用于緩沖所述核中的納米 娃發(fā)生膨脹時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)一步降低娃的膨脹效應(yīng)，從而提升娃碳復(fù)合負(fù)極材料的循 環(huán)性能。所含的第二負(fù)極活性物質(zhì)選用石墨材料，由于第二負(fù)極活性物質(zhì)石墨材料的粒徑 相對而言要大，則相鄰的石墨材料顆粒之間會(huì)存在縫隙，小顆粒粒徑的第一負(fù)極活性物質(zhì) 則會(huì)均勻的分布在石墨材料顆粒之間的空隙里，運(yùn)樣有效提高極片的能量密度。不僅如此， 石墨材料顆粒之間的空隙也為本發(fā)明實(shí)施例裡離子電池負(fù)電極中娃顆粒的膨脹提供了一 定的空間，能夠進(jìn)一步的為娃顆粒的膨脹提供支撐作用，從而能夠明顯的提高本發(fā)明用于 制備裡離子電池負(fù)極活性層的組合物的循環(huán)性能。因此，本發(fā)明用于制備裡離子電池負(fù)極 活性層的組合物由于將特定的第一負(fù)極活性物質(zhì)、第二負(fù)極活性物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，在導(dǎo)電劑 和粘結(jié)劑等組分的協(xié)作下，由其制備的裡離子電池負(fù)極活性層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和循環(huán)性 能，且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，大幅降低了由于負(fù)極材料的體積膨脹效應(yīng)而導(dǎo)致的粉化現(xiàn)象。
[0023] 本發(fā)明離子電池負(fù)電極由于其負(fù)極活性層含有本發(fā)明所述的用于制備裡離子電 池負(fù)極活性層的組合物，因此，本發(fā)明裡離子電池負(fù)電極具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能， 且其負(fù)極活性層穩(wěn)固，使用壽命長。
[0024] 本發(fā)明離子電池負(fù)電極制備方法是通過對上文所述本發(fā)明組合物所含組分的原 料進(jìn)行加料控制，使得各組分混合均勻，使得各組分發(fā)揮增效作用，從而使得制備的離子電 池負(fù)電極具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能，且其負(fù)極活性層穩(wěn)固，使用壽命長。另外，其制 備方法工藝易控，提高了制備的離子電池負(fù)電極性能的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。
[0025] 本發(fā)明裡離子電池由于是采用上述本發(fā)明裡離子電池負(fù)電極作為負(fù)極，因此，本 發(fā)明裡離子電池具有優(yōu)異的能量密度和循環(huán)性能，還具有高的功率密度和電池安全性能。
[0026] 正是由于本發(fā)明裡離子電池具有優(yōu)異的能量密度和循環(huán)性能，還具有高的功率密 度和電池安全性能，因此，其能夠更廣泛的在移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站 等中得W應(yīng)用。
【附圖說明】
[0027] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0028] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的核結(jié)構(gòu)中只含有納米娃/石墨締片和軟碳的娃碳復(fù)合 負(fù)極材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的核結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有納米娃/石墨締片、軟碳和碳材料A 的娃碳復(fù)合負(fù)極材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例裡離子電池負(fù)電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例裡離子電池負(fù)電極的沈M圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1提供的裡離子電池娃碳復(fù)合負(fù)極材料的沈M圖；
[0033] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1提供的裡離子電池循環(huán)曲線圖；
[0034] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1提供的裡離子電池容量保持率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例說明書中所提到的各組分的質(zhì)量量百分比不僅僅可W指代各組分 的質(zhì)量比例關(guān)系，也可W表示各組分的具體含量，因此，只要是按照本發(fā)明實(shí)施例說明書中 各主題所含各組分的含量按比例放大或縮小均在本發(fā)明實(shí)施例說明書公開的范圍之內(nèi)。具 體地，本發(fā)明實(shí)施例說明書中所述的質(zhì)量可W是yg、mg、g、kg等本領(lǐng)域域公知的質(zhì)量單位。
[0037] 一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種導(dǎo)電性和循環(huán)性能好，且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的用于制 備裡離子電池負(fù)極活性層的組合物。在一實(shí)施例中，所述用于制備裡離子電池負(fù)極活性層 的組合物包括如下質(zhì)量百分比的組分： 第一負(fù)板活化物質(zhì) 5%-10% 第二負(fù)板活性物質(zhì) 85%-90%
[00；3 引 導(dǎo)電劑 0.5%-2% 拇結(jié)劑