锂离子电池负极、锂离子电池和其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池技术领域，具体设及一种用于制备裡离子电池负极活性层的组合 物、活性层含有所述组合物的裡离子电池负电极及其制备方法和裡离子电池，还设及所述 裡离子电池的应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着笔记本电脑，便携式移动电话等电子设备的不断发展，作为其电源的 二次电池的需求也在不断增长，特别是裡离子电池，由于具有高的容量和高的能量密度，同 时具有优异的充放电循环性能，已经成为众多3C领域产品的首选电源。随着3C领域电子产 品功能的越来越多样化，对于裡离子电池的容量、能量密度及充放电循环性能等要求也越 来越高。
[0003] 而裡离子电池性能的改善主要取决于正、负极材料的能量密度和循环性能，在正 极材料克容量没有较大的改善的前提下，负极材料的提高成为电池性能提高的关键因素， 而目前裡离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论储裡容量偏低，已经不能适应电子 产品更新换代的需求，因此采用新型负极材料的裡离子电池的开发成为当务之急。
[0004] 在此背景下，娃基材料因其具有很高的理论储裡容量(4200mAh/g)，远高于目前主 流电池厂商所使用的所有负极材料，因此最有希望成为新体系裡离子电池所需的负极材 料。具体如娃用做裡离子电池负极材料，与裡离子可形成Li4.4Si，其理论容量可达到 4200mAh/g，是目前常规石墨类负极材料的11倍，因此用娃作为负极材料，能大幅度提高裡 离子电池的能量密度。但是娃基材料在具体应用过程中存在一些问题:a).导电性差;b).嵌 裡/脱裡过程中体积膨胀/收缩较大(体积变化~300%)，材料易粉化，导致电池循环性能 差，限制其商业化应用。
[0005] 针对W上问题，目前常用的解决方法是将娃进行纳米化，W及将娃与碳进行复合， 但纳米化和娃碳复合的方式对材料的性能影响较大。如在CN 189 1668A(申请号为 200510082822.X)的中国专利公开了一种具有球形核壳结构的碳娃复合材料。该碳娃复合 材料是W1-45微米碳颗粒为核，W碳和10纳米至4微米的娃晶粒组成壳体，其中，控制娃占 颗粒总重的5-50wt%，碳占颗粒总重的50-95wt%。该碳娃复合材料对现有娃碳复合材料循 环性能差的缺点有一定的改善，但硬碳或软碳对娃的体积膨胀/收缩并未起到较大的缓冲 作用，且娃与软碳或硬碳的接触并不非常紧密，使得娃碳复合材料的循环性能仍然不能满 足需求，从而直接导致电池的能量密度、功率密度、电池安全性能和循环性能不理想。
[0006] 在公开的另一份中国专利（申请号为201210534860.4)也对碳娃材料进行了研究， 其具体公开了石墨締包覆娃碳复合负极材料，采用石墨締包覆纳米娃和石墨微粉，颗粒形 状为类球形，平均粒径为5~30皿。但是有其公开的制备方法制备的该石墨締包覆娃碳复合 负极材料存在纳米娃容易暴露在材料表面，且纳米娃与石墨締或石墨的接触并不非常紧密 的缺陷，该石墨締包覆娃碳复合负极材料的循环性能仍然不理想，依然会导致电池的能量 密度、功率密度、电池安全性能和循环性能不理想。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供了一种用于制备裡离子电池负 极活性层的组合物、含有所述组合物的裡离子电池负电极和裡离子电池 W及裡离子电池的 应用方法，W解决现有娃碳基裡离子电池能量密度、功率密度、电池安全性能和循环性能不 理想的技术问题。
[0008] 为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种用于制备裡离子电池负极 活性层的组合物，其包括如下质量百分比的组分：
[0009] 第一负板活性物质 5%-10% 第二负板活性物质 85%-90%
[0010] 导电詞 0.5%-2% 据結剂 1.:5%-5%|
[0011] 其中，所述第一负极活性物质包含核-壳结构，所述核包括纳米娃/石墨締片、软 碳，且所述核为软碳前驱体和所述纳米娃/石墨締片经热处理后得到的纳米娃/石墨締片、 软碳复合颗粒，其中，所述软碳附着在所述纳米娃/石墨締片表面，且所述纳米娃/石墨締片 之间具有自由空间；
[0012] 所述壳由碳材料B、纳米碳组成，所述碳材料B、所述纳米碳依次包覆在所述核表 面；
[0013] 所述第二负极活性物质为石墨材料。
[0014] 本发明的另一方面，提供了一种裡离子电池负电极，其包括负极集流体和结合在 所述负极集流体上的负极活性层，其中，所述负极活性层含有本发明所述用于制备裡离子 电池负极活性层的组合物。
[0015] 本发明的又一方面，提供了一种裡离子电池负电极的制备方法，包括如下步骤：
[0016] 按照本发明用于制备裡离子电池负极活性层的组合物所含的组分分别量取相应 原料组分；
[0017] 将量取的所述粘结剂加入浆料溶剂中，形成胶液；
[001引将量取的所述导电剂、所述第一负极活性物质和所述第二负极活性物质分别加入 至所述胶液中，并进行混料处理，形成负极活性层浆料；
[0019] 将所述浆料涂覆在负极集流体表面形成负极活性层。
[0020] 本发明的再一方面，本发明提供了一种裡离子电池，其包括负电极、正电极和设置 在所述负电极、正电极之间的隔膜，其中，所述负电极为本发明所述的裡离子电池负电极或 由本发明所述的裡离子电池负电极制备方法制备的裡离子电池负电极。
[0021] 本发明的还一方面，本发明提供了本发明裡离子电池池在通信设备、移动储能设 备、电动工具、电动汽车、储能电站中的应用。
[0022] 与现有技术相比，本发明用于制备裡离子电池负极活性层的组合物所含的所述第 一负极活性物质为核-壳结构，且其核所含的软碳附着在所述纳米娃/石墨締片表面，使得 所述纳米娃/石墨締片之间具有自由空间，从而使得所述娃碳复合负极材料可W通过内部 的自由空间来吸收娃在电池充放电过程中膨胀和收缩，从而大幅度降低娃碳复合材料的体 积膨胀效应，进而降低极片活性层在充放电过程中的膨胀率，保证活性物质之间W及活性 物质与集流体之间具有良好的电接触性，并减少SEI膜由于极片膨胀而发生破裂，提高娃碳 复合负极材料在高容量下的循环性能。所述第一负极活性物质所含的壳层一方面可W将所 述核内部的自由空间与所述核外面进行隔开，防止制作电池时电解液溶剂进入核内部，保 证了娃碳复合负极材料具有较高的首周库伦效率；另一方面，可用于缓冲所述核中的纳米 娃发生膨胀时所产生的应力，进一步降低娃的膨胀效应，从而提升娃碳复合负极材料的循 环性能。所含的第二负极活性物质选用石墨材料，由于第二负极活性物质石墨材料的粒径 相对而言要大，则相邻的石墨材料颗粒之间会存在缝隙，小颗粒粒径的第一负极活性物质 则会均匀的分布在石墨材料颗粒之间的空隙里，运样有效提高极片的能量密度。不仅如此， 石墨材料颗粒之间的空隙也为本发明实施例裡离子电池负电极中娃颗粒的膨胀提供了一 定的空间，能够进一步的为娃颗粒的膨胀提供支撑作用，从而能够明显的提高本发明用于 制备裡离子电池负极活性层的组合物的循环性能。因此，本发明用于制备裡离子电池负极 活性层的组合物由于将特定的第一负极活性物质、第二负极活性物质进行复配，在导电剂 和粘结剂等组分的协作下，由其制备的裡离子电池负极活性层具有优异的导电性和循环性 能，且其结构稳固，大幅降低了由于负极材料的体积膨胀效应而导致的粉化现象。
[0023] 本发明离子电池负电极由于其负极活性层含有本发明所述的用于制备裡离子电 池负极活性层的组合物，因此，本发明裡离子电池负电极具有优异的导电性能和循环性能， 且其负极活性层稳固，使用寿命长。
[0024] 本发明离子电池负电极制备方法是通过对上文所述本发明组合物所含组分的原 料进行加料控制，使得各组分混合均匀，使得各组分发挥增效作用，从而使得制备的离子电 池负电极具有优异的导电性能和循环性能，且其负极活性层稳固，使用寿命长。另外，其制 备方法工艺易控，提高了制备的离子电池负电极性能的稳定性和生产效率。
[0025] 本发明裡离子电池由于是采用上述本发明裡离子电池负电极作为负极，因此，本 发明裡离子电池具有优异的能量密度和循环性能，还具有高的功率密度和电池安全性能。
[0026] 正是由于本发明裡离子电池具有优异的能量密度和循环性能，还具有高的功率密 度和电池安全性能，因此，其能够更广泛的在移动储能设备、电动工具、电动汽车、储能电站 等中得W应用。
【附图说明】
[0027] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0028] 图1是本发明实施例提供的核结构中只含有纳米娃/石墨締片和软碳的娃碳复合 负极材料的剖面结构示意图；
[0029] 图2是本发明实施例提供的核结构中同时含有纳米娃/石墨締片、软碳和碳材料A 的娃碳复合负极材料的剖面结构示意图；
[0030] 图3为本发明实施例裡离子电池负电极的结构示意图；
[0031] 图4为本发明实施例裡离子电池负电极的沈M图；
[0032] 图5是本发明实施例1提供的裡离子电池娃碳复合负极材料的沈M图；
[0033] 图6是本发明实施例1提供的裡离子电池循环曲线图；
[0034] 图7是本发明实施例1提供的裡离子电池容量保持率曲线图。
【具体实施方式】
[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0036] 本发明实施例说明书中所提到的各组分的质量量百分比不仅仅可W指代各组分 的质量比例关系，也可W表示各组分的具体含量，因此，只要是按照本发明实施例说明书中 各主题所含各组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具 体地，本发明实施例说明书中所述的质量可W是yg、mg、g、kg等本领域域公知的质量单位。
[0037] 一方面，本发明实施例提供了一种导电性和循环性能好，且其结构稳固的用于制 备裡离子电池负极活性层的组合物。在一实施例中，所述用于制备裡离子电池负极活性层 的组合物包括如下质量百分比的组分： 第一负板活化物质 5%-10% 第二负板活性物质 85%-90%
[00；3 引 导电剂 0.5%-2% 拇结剂