[发明专利]一种锂离子二次电池负极及其电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域。

背景技术

碳材料是锂离子二次电池的负极活性物质，适合锂离子的脱出/嵌入。 其中石墨导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构，可逆充放电容量能达 到300毫安时/克(mAh/g)以上，接近锂在碳材料中形成的LiC₆的理论比 容量372mAh/g，锂在石墨中的脱/嵌反应或脱/嵌容量主要发生在0伏-0.25 伏左右(对应Li⁺/Li)，具有良好的充放电平台。

虽然锂离子二次电池虽然有十分明显的优点，但是由于它倍率特性较差 和安全性能的问题。目前在工具电池和动力电池的应用中还有一定的局限。

目前研究发现，影响锂离子二次电池倍率特性的因数主要有：电极吸液 能力、导电能力、离子在活性物质内部传导速率等。另外，当电池的倍率性 能较差时，在充电过程中容易在电池负极表面沉积锂的金属枝晶，而造成安 全隐患。

为了改善电池大电流倍率特性，CN1819308A公开了将人工石墨的平 均粒径D50降低到5-11μm，然后加入一定的导电碳黑或碳纳米管做导电剂， 这在一定程度上改善了石墨的倍率特性。但是这种改善仍然还不能适用于更 大的电流倍率特性(10C、15C、20C倍率，其中1C为设计容量)的应用， 同时减小石墨颗粒虽然会增加石墨的比表面积，同时也会部分破坏石墨结 构，从而降低石墨的可逆容量和容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于大电流放电的锂离子电池负极及其 电池。

本发明提供一种锂离子二次电池负极，包括导电剂、石墨、粘结剂、集 流体，石墨由第一石墨和第二石墨以重量比为5-30∶95-70混合而成，第一 石墨的平均粒径为0.5-2μm，第二石墨的平均粒径为4-12μm。

第一石墨的颗粒较小以增加石墨之间的接触和填充石墨之间较大的间 隙，提高了石墨的离子传导速率和增加石墨体积容量，同时，第一石墨的存 在能改善与锂离子电解液之间的亲液性能，同时控制第一石墨与第二石墨之 间的重量比以防止过多的第一石墨导致石墨的容量性能有所下降。因此能改 善锂离子电池负极的大电流放电性能。

其中，所述石墨为包覆剂所包覆的包覆型石墨，包覆剂为石墨总量的重 量百分比为1％-20％，包覆型第一石墨的平均粒径为0.8-2.3μm，包覆型第 二石墨的平均粒径为5-13μm。优选地，包覆型第一石墨的平均粒径为0.8-1.2 μm，包覆型第二石墨的平均粒径为6-12μm。

在第一石墨和第二石墨混合之前对这两种石墨分别进行包覆，以改善石 墨表面特性，能进一步改善电池的可逆容量和电池负极同电解液的匹配性。

其中，包覆型第一石墨比表面积为6-20平方米/克，包覆型第二石墨比 表面积为2-10平方米/克。

其中，所述导电剂为气相沉积碳纤维、气相沉积纳米碳纤维、碳黑、乙 炔黑中的一种或几种。优选为气相沉积碳纤维(VGCF)或气相沉积纳米碳 纤维(VGNCF)。其长度为3-100μm，截面直径为50-500nm。加入一定量 的导电剂，可以增加石墨的电子导电能力，减少电极的电子极化。

其中，所述石墨与导电剂的重量比为100∶0.5至100∶3。

其中，所述包覆剂为苯乙烯、糠醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、煤沥青 和石油沥青中的一种或几种。

一种锂离子电池，包括正极、负极、电解液，包括上述所述的负极。

本发明提供的负极的大电流放电性能优异，尤其适合动力电池的应用。

附图说明

图1为实施例2石墨的扫描电镜照片；

具体实施方式

本发明所述第一石墨和第二石墨为本领域公知的天然石墨或人工石墨。

本发明所述第一石墨和第二石墨的微晶层面间距d002为0.3354-0.3390 纳米，优选为0.3360-0.3380纳米，比表面积为2-20平方米/克。