[发明专利]一种锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，特别是涉及一种采用笼状结构包覆核心层负极材料的锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着微电子工业、汽车行业的快速发展，以及各种便携式通讯设备、个人电脑、小型电子设备的普及，人类对锂离子电池的要求也朝着高能量密度、高功率密度、高安全性、长寿命、快速充放电、轻薄的方向发展。目前，商业化的锂离子电池以石墨为负极、含锂的化合物为正极。其中，石墨的理论比容量只有372mAh/g，这成为提高锂离子电池性能的巨大阻碍。因此，近年来开发高容量的新型负极材料成为锂离子电池领域的研究重点。

目前，具有高比容量的金属合金及金属氧化物引起研究者的关注。与传统碳负极材料相比，他们具有极高的储锂容量，例如硅(4200mAh/g)，锡(994mAh/g)，氧化锡(781mAh/g)。但是他们作为锂离子电池负极材料也存在较大的问题：电池充放电过程中，负极材料产生严重的体积膨胀效应(硅高达300％)，会引起电极粉化，从而降低电池使用寿命；电池多次充放电会引起负极材料发生团聚，影响电池的循环稳定性。目前解决这些问题的途径主要有：①制备纳米尺寸的负极材料，缓解充放电过程中的体积膨胀；②将非活性物质与活性储锂材料复合，降低负极材料的体积膨胀，同时防止活性物质的团聚；③制备特殊结构的负极材料，利用结构优势来缓解负极材料的体积膨胀。

在现有的研究中，有人已经在一定程度上解决了以上问题。专利CN1402366A中公开了一种具有核壳结构的Si-C-X复合负极材料，可以在一定程度上缓解活性物质的团聚和充放电过程中的体积膨胀。研究者首先将含碳前躯体溶于有机溶剂中，再慢慢加入硅合金粉末，形成均匀的溶液。在80℃下挥发有机溶液，得到硅合金-碳前躯体混合物。再将此混合物在惰性气氛中煅烧得到硅合金-碳复合材料。但是这种方法制备复合材料的碳包覆层厚度不均匀，碳层与硅合金之间的结合力较弱，在快速充放电过程中碳层容易与硅合金分离、剥落，严重影响电池的循环稳定性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出的锂离子电池，其负极材料为一种具有笼状结构的锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料能够有效减小充放电过程中的体积效应，缓解甚至消除负极材料的粉化、脱落现象，从而提高锂离子电池的比容量和循环稳定性。

本发明的一种锂离子电池，包括负极极片、正极极片、隔膜和电解液，所述的负极极片是含有电池负极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯的膜片，所述的电池负极材料具有两层结构，为核心层和笼状层，笼状层均匀包覆在核心层的表面；所述的笼状层是指由碳纤维相互缠结形成的结构疏松、内部具有均匀的三维孔并且整体呈笼状的结构层。所述的负极极片中电池负极材料的含量为70～80wt.％；所述的正极极片是含有电池正极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯的膜片，其中正极材料为传统的钴酸锂材料，也可以是新型的锰基复合材料，正极材料的含量为70～80wt.％；所述的隔膜为单层PP膜、单层PE膜或PP/PE/PP复合膜；所述的电解液为水性电解液或油性电解液，如：LiPF₆(1mol/L)/EC∶DMC(体积比1∶1)、LiPF₆(1.5mol/L)/EC∶DMC(体积比1∶1)、LiPF₆(1mol/L)/EC∶DMC(体积比3∶7)、LiPF₆(1.5mol/L)/EC∶DMC(体积比3∶7)、LiPF₆(1mol/L)/EC∶DEC(体积比1∶1)、LiPF₆(1.5mol/L)/EC∶DEC(体积比1∶1)、LiPF₆(1mol/L)/EC∶DEC(体积比3∶7)、LiPF₆(1.5mol/L)/EC∶DEC(体积比3∶7)、LiPF₆(1mol/L)/EC/DEC/DMC(体积比1∶1∶1)或LiPF₆(1mol/L)/EC/DEC/DMC(体积比2∶2∶1)。

作为优选的技术方案：