[发明专利]电池负极及包括该负极的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种电池负极及包括该负极的电池，具体地说，本发明是关于一种电池负极及包括该负极的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池作为一种新型的化学电源，具有高能量密度、高电压、无污染、不含金属锂、循环寿命高、无记忆效应、充电速度快等特点，广泛应用于3C产品，也即个人电脑、移动电话和诸如便携式CD机、PDA之类的个人无线电子设备中。

然而，随着人们需求的不断提高，高容量锂离子二次电池已成为目前发展的趋势。为使锂离子二次电池具有更高的容量和出色的综合性能，最根本的途径在于改进正极活性物质和负极活性物质的性能。目前，负极活性物质使用得最多的石墨，人们在不断的尝试用不同的方式对其进行改进。

石墨包括人工石墨和天然石墨，二者各有优缺点。对于人工石墨来说，它具有循环性能好，体积改变小的优点，但是，它的缺点在于人工石墨往往很难达到高的石墨化度，比容量小，此外就是在用易石墨化碳进行石墨化处理后得到的人工石墨往往很难以压实，压延得到的负极片的体积能量密度低，导致电池容量低，而且负极材料也很容易从集电极上脱落。对于天然石墨来说，它具有比容量高，易于压实等优点，但是它在充放电过程中易发生石墨层的膨胀和崩溃，导致循环性能较差，大电流放电性能也不是很理想。

为适应锂离子二次电池发展的要求，人们主要从以下几个方面对石墨的性能进行改进：

(1)对于人工石墨，研究者通常采用的方法是在高温下(一般在2500℃以上)将石墨进行长达数百小时的保温，以制得高石墨化度的人工石墨，但该方法效率低、能耗大、成本高；

(2)对于天然石墨，研究者通常采用的方法是对天然石墨表面进行包覆处理，得到“壳-核”结构的复合石墨，以抑制天然石墨在循环过程中的结构改变。然而，事实上，这种作用是很有限的，在实际应用中天然石墨的循环性能仍然难以满足人们的要求，而且这种包覆层往往不具备嵌锂功能，还会降低包覆后天然石墨的比容量；

(3)由于人工石墨和天然石墨各具有优缺点，因此，许多研究人员往往采用人工石墨和天然石墨的混合石墨作为锂离子二次电池的负极活性物质，以发挥两种石墨的优点，弥补相互之间的缺点。

CN1702892A公开了一种锂离子二次电池的复合石墨负极材料，其特征在于，所述石墨包括改性天然石墨与人造石墨，所述天然石墨和人造石墨的质量比为30∶70-80∶20。其中，所述改性天然石墨的平均粒径为5-35微米，所述人造石墨的平均粒径为2-20微米。

虽然该负极材料采用天然石墨和人工石墨的混合石墨作为负极活性物质，但是，在实际应用中发现，现有技术的混合石墨中天然石墨的比例往往不能太高，一般低于混合石墨总重量的80％，所述天然石墨的含量不能太高的原因在于，天然石墨的含量过高会恶化电池的循环性能，因而，采用添加人造石墨来改善电池的循环性能，但是采用这样比例的混合石墨的电池比容量却难以达到高容量锂离子二次电池的要求。

CN1808745A公开了一种锂离子二次电池的负极，该负极所采用的负极活性物质包括由鳞片状天然石墨、球形天然石墨和鳞片状人造石墨组成的混合石墨，其中，鳞片状天然石墨占混合石墨总重量的35-70重量％，球状天然石墨占混合石墨总重量的5-45重量％，鳞片状人造石墨占混合石墨总重量的5-30重量％。

该锂离子二次电池的负极采用三种石墨的混合石墨作为负极活性物质，循环性能得到一定程度上的改善，但是，在该负极活性物质中，与人造石墨的量相比，虽然两种混合天然石墨的量较高，但是，由于鳞片状天然石墨不容易压实，它的体积能量密度低于球状天然石墨，因此在将球状天然石墨、鳞片状天然石墨与人造石墨的混合石墨进行压延后得到的负极片的体密度仅仅为1.55-1.60克厘米³，这说明，在单位体积上的负极活性物质的量有限，从而导致电池的比容量较低，基本上都不超过340毫安时/克，这对制作高容量的锂离子二次电池而言，是不太理想的。

综上所述，采用现有技术的混合石墨作为负极活性物质的电池都很难兼顾使电池具有高容量和良好循环性能的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有的锂离子二次电池的负极不能兼顾电池具有高容量和良好电池循环性能的缺点，提供一种使锂离子二次电池具有容量高和良好循环性能的负极。

本发明的第二个目的是提供上述负极的制备方法。

本发明的第三个目的是提供使用上述负极的锂离子二次电池。