[发明专利]含石墨的组合物,用于锂二次电池的负极,以及锂二次电池

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：含石墨的组合物，用于锂二次电池的负极，以及锂二次电池，申请日：2002年12月21日；申请号：02151840.8)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2001年12月21日提交日本专利局、且申请号为JP 2001-388815和JP 2001-388816的日本专利申请的优先权，在此将它们所公开的全部内容引作参考。

技术领域

本发明涉及含石墨的组合物，包括该组合物的锂二次电池负极，以及含有该负极的锂二次电池。

背景技术

碳基材料用作负极活性材料，特别是，通常采用具有高结晶度的晶体石墨。这种石墨具有层状结构，在二次电池的充电过程中，锂离子从层状石墨的边缘插入到石墨层的间隙，由此得到了Li-石墨夹杂化合物。

当石墨用作制备负极的负极活性材料时，由于绝大部分石墨是薄片状的，因此石墨层的平面平行于集电体的平面。因此，石墨层的边缘以垂直于正极的方向排列，这样在充电过程中从正极脱出的锂离子不能轻易地插入到石墨层中。

尤其是，当电池以高速率充电时，锂离子不充分地插入到石墨层，因而破坏了放电性能。

另外，由于锂二次电池通常在恒流和恒压(CC-CV)下进行充电、在恒流下进行放电，因此当电池以高速率放电时，深深插入到晶体石墨层中的锂离子不能完全脱出，因而破环了循环寿命性能。

因为脱出的锂离子不足以插入到石墨层，并且太多的锂离子保留在石墨中，所以进一步破坏了常规锂二次电池的循环寿命特性。

在石墨层内平面方向上((ab)平面或(002)平面)含石墨组合物的电阻率是在石墨层平面方向上的电阻率的约1000倍。因此，如果能够控制石墨的排列，那么就可以降低甚至消除石墨的各向异性，并且此石墨可以用在电子设备以及电池中。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种包括含石墨组合物的锂二次电池用负极，所述含石墨组合物由下述步骤制备：混合石墨粉和粘合剂，将混合物固化并成形为具有1.5至2.0g/cm³的密度的薄片，其中当由X-射线衍射测量薄片平面时，石墨具有0.5或更高的强度比I(110)/I(002)，其中I(002)是在(002)平面的X-射线衍射峰强度I(002)，I(110)是在(110)平面的X-射线衍射峰强度I(110)。

本发明的锂二次电池用负极增加了在高速率充/放电时的放电容量和锂二次电池的循环寿命特性。

本发明的目的通过以下实现：

1.一种用于锂二次电池的含石墨组合物，该组合物包含强度比I(110)/I(002)为0.5或更高的石墨，其中I(002)是在(002)平面的X-射线衍射峰强度I(002)，I(110)是在(110)平面的X-射线衍射峰强度I(110)。

2.一种含石墨组合物，该组合物通过下述方法制备：将石墨粉和粘合剂混合，并将混合物固化并成形为密度为1.5至2.0g/cm³薄片，

其中，当通过X-射线衍射测量薄片平面时，石墨具有0.5或更高的强度比I(110)/I(002)，I(002)是在(002)平面的X-射线衍射峰强度I(002)，I(110)是在(110)平面的X-射线衍射峰强度I(110)。

3.根据条目2的含石墨组合物，其中该组合物由下述方法制备：将石墨粉和粘合剂分散在溶剂中制成膏状物，将此膏状物涂布在基材上，将磁场施加到膏状物上以排列石墨颗粒，从膏状物中除去溶剂，用粘合剂固定石墨颗粒。

4.根据条目3的含石墨组合物，其中所施加的磁场的磁场强度是0.5T或更高。

5.一种制备含石墨组合物的方法，包括：将石墨粉和粘合剂分散在溶剂中以制成膏状物，将膏状物涂布在基材上，用磁场按相同方向排列石墨颗粒的(002)平面，从组合物中除去溶剂，利用粘合剂对石墨粉进行固化和成形。

6.根据条目5所述的制备含石墨组合物的方法，其中将涂有膏状物的基材放置在一对用于产生磁场的装置之间，从而施加磁场。

7.根据条目5所述的制备含石墨组合物的方法，其中将石墨粉用粘合剂粘结，将所得材料固化并成形为薄片状，与此同时，石墨颗粒的(002)平面在垂直于薄片平面的方向上排列。

8.根据条目5所述的制备含石墨组合物的方法，其中所施加磁场的磁场强度是0.5T或更高。