[发明专利]电极浆料、负电极及应用该负电极的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极浆料、负电极及应用该负电极的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池商业化的负极材料大多采用石墨，但是石墨材料的理论储锂容量只有372mAh/g。为满足高容量锂离子电池的需求，研究开发新型的高比容量锂离子电池负极材料替代目前商业化应用的石墨负极材料显得非常迫切和必要。

自从2000年Poizot等人首次报道过渡金属氧化物(TMOs, transition metal oxides)作为锂离子电池负极材料以来，过渡金属氧化物以及其他过渡金属化合物（TMX）作为锂离子电池负极材料颇受关注。过渡金属氧化物，如Fe、Ni、Co、Cu等，一般具有类似的电化学行为。其脱嵌锂机理一般是：嵌锂时，Li嵌入到过渡金属氧化物中，通过置换反应生成金属纳米颗粒，并均匀包埋在生成的Li₂O基质中；脱锂时，又可逆生成过渡金属氧化物和锂。

在这些过渡金属氧化物中，金属锰的氧化物，如MnO、Mn₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂等，广泛应用于各类电化学储能设备而引起广泛的兴趣。锰的氧化物具有众多的结构，其电化学行为强烈依赖于氧化态、纳米结构和形态。根据理论计算，MnO、Mn₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂的理论储锂比容量分别为755、936、1018、1232mAh/g。因此MnO₂的比容量最高。传统上，MnO₂在电池领域中作为一次锂电池的正极材料广泛使用，由于其较低的可逆容量和较差的循环稳定性无法应用于二次锂离子电池。

近年来，由于MnO₂具有较高的理论比容量，以及丰富的自然资源，对MnO₂作为锂离子电池负极材料的研究有增多的趋势，然而，MnO₂电化学性能远远无法令人满意，首次可逆比容量较低，更无法令人接受的是循环性能极差，随着循环次数的增加电池容量衰减迅速。甚至有研究者怀疑MnO₂是否具有电化学活性，能否应用于二次锂离子电池。另一方面，根据亲水性，锂离子电池所用的粘结剂可以分为两类，一类是有机溶剂型粘结剂，采用有机溶剂作为分散剂，一类是水基型粘结剂，采用水作为分散剂。在MnO₂负电极的极片制作上，现有技术采用聚偏氟乙烯（PVDF）作为粘结剂，采用有机溶剂作为分散剂。目前还没有见到采用其他粘结剂的报道。

在锂离子电池中，粘结剂一般要求欧姆电阻小，在电解液中性能稳定，如粘结性、柔韧性、亲水性和耐碱性等，这直接影响了锂离子电池的性能。选择合适的粘结剂关系到是否可以获得较高的比容量、较长的循环寿命和较低的内阻，而且有利于提高电池的倍率性能和低温性能。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种电极浆料、负电极及应用该负电极的锂离子电池，该锂离子电池具有较高的首次可逆比容量和优异的循环性能。

一种电极浆料，用于制作锂离子电池的负电极，包括二氧化锰、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、水及导电剂。

一种锂离子电池的负电极，包括负极集流体及附着在该负极集流体表面的负极材料层，该负极材料层包括二氧化锰、丁苯橡胶、羧甲基纤维素及导电剂。

一种锂离子电池，包括负电极、正电极及位于该正电极及负电极之间的非水电解质，该负电极包括负极集流体及附着在该负极集流体表面的负极材料层，该负极材料层包括二氧化锰、丁苯橡胶、羧甲基纤维素及导电剂。

相较于现有技术，本发明提供一种锂离子电池负极材料MnO₂制作电极极片所用的新型电极粘结剂（或粘结剂体系，下面统称为粘结剂），包括丁苯橡胶及羧甲基纤维素，这种粘结剂与MnO₂能够形成较好的配合，有助于锂离子电池负极材料MnO₂发挥出较高的首次可逆比容量和显示出优异的循环性能。

附图说明

图1为本发明实施例的负极活性材料MnO₂的充放电循环测试曲线。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的电极浆料、负电极及应用该负电极的锂离子电池作进一步的详细说明。