[发明专利]锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

新型锂离子电池由于采用嵌锂碳材料替代金属锂作为负极，使其既保留了锂电池高比能量的优点，又解决了循环寿命和安全性差的问题。随着锂离子电池的发展，在本世纪末将形成锂离子电池与氢镍、镉镍电池三分天下的局面，而成为通讯和信息产业的能源支柱产品。

然而，碳材料的负极电池性能极大地受到碳材料本身的结构、所用的电解质溶液的性质的影响。碳材料由六角形的石墨片层网面堆积而成，对于确定的微晶显示出特有的边缘(edge surface)、底面(basal plane)特征，具有各向异性反应性质。其中，作为电极的碳材料的微晶的边缘部分具有较强的电荷密度、电场强度较大，具有较高的反应性；相反，碳材料微晶的底面部分则电荷密度较小、电场较弱，反应性较差。碳上所发生的电化学反应主要集中发生于边缘部位。同时，锂离子电池所用的一些典型的溶剂及电解质盐由于本身各自的内在结构因素，其电化学还原分解反应的动力学及热力学性质也显著不同。比如，最常见的溶剂碳酸丙烯酯(PC)就极易发生还原分解反应，反应速度较快。首次充电过程中，溶剂及电解质盐的不可逆电化学还原分解反应产物锂的烷氧基碳酸盐将实时地沉积在碳电极表面，生成一层电子绝缘、锂离子导通的固体电解质膜，这层钝化膜的致密性质将强烈地影响着碳材料负极的电池性能。一层薄而致密的电极表面钝化膜的生成能够阻止锂离子的溶剂化共嵌入，保证锂离子在碳基底的石墨层间能够可逆地嵌入脱出，使碳电极具有好的锂离子电池负极性能。碳材料微晶的边缘、底面之间在量、尺寸及反应性之间的差别以及电解液组分还原分解的动力学速度决定了所生成的电极表面钝化膜的致密性质。

比如，石墨是一类极具发展前途的锂离子电池用负极碳材料。石墨作为锂离子电池的负极，与其它结构的碳材料相比具有充放电平台低，电压稳定(0.0-0.2V vs.Li⁺/Li)的优点。但是由于石墨的石墨化程度较大，碳微晶的边缘、底面之间的差别较大，反应不均匀性较强，电解液的还原分解反应主要发生于微晶的边缘部分，所生成的钝化膜的致密性质较差，在充电过程中，锂离子插入石墨层间时易发生溶剂化锂离子的共嵌入，引起石墨层的膨胀、崩溃等不可逆过程发生，使得石墨材料不适于直接作为二次锂电池的电极材料。特别是在含还原分解反应动力学速度较快，极易还原分解的溶剂碳酸丙烯酯(PC)的电解液中表现的更加显著，电极的首次充放电效率、锂离子的嵌入容量极低，根本不能使用。其它的非石墨类碳材料也都不同程度地存在着首次充放电效率低的问题，使得电池密闭体系中锂源即正极材料的用量较大，电池的生产成本较高，不利于电池的大规模工业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池的负极材料及制备方法及利用该负极材料的锂离子电池。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体制备步骤如下：

1）将一定量碳材料粉末和溶剂一起加入到置于称量瓶中，再加入一定量的乙醇，加入搅拌子，在密闭状态下搅拌一段时间；

2）在自然状态下，待乙醇挥发至溶液呈粘稠状后，用一定压力将混合物紧压经过碱煮除油处理的干净镍网上，在一定温度下真空干燥一段时间，转移至手套箱中，称量，密闭保存得到得到待进行电解质膜沉积处理的粉末电极；

3）将上述制得的粉末电极置于培养皿中，加入含锂离子电解质盐或其含氧化合物的无机或有机溶液，自然放置50-95小时，取出，置于滤纸上，自然放置48-96小时后置于真空烘箱中，真空加热150-200℃、干燥45小时以上，得到预沉积膜电极。

进一步的，所述碳材料选自石墨、中间相碳微球或碳纤维。

进一步的，步骤1）中所述溶剂包括聚四氟乙烯水乳液。

进一步的，所述含锂离子电解质盐及其含氧化合物选自Li₂CO₃、LiOH、Li₂O或LiCl。

进一步的，所述用于溶解含锂离子电解质盐或其含氧化合物的溶剂选自H₂O、乙醇、四氢呋喃，溶液浓度控制在重量百分比浓度1-20％之间。

作为本发明的一较佳实施方式，其步骤包括：

1)将碳材料置于称量瓶中，按3-10％的重量比加入5-15％的聚四氟乙烯水乳液，再加入无水乙醇至称量瓶1/2处，放入搅拌子，在密闭状态下电磁搅拌10-15小时混合均匀；