[发明专利]一种锂离子电池负极材料及制备得到的锂离子电池负极

说明书

本发明一种锂离子电池负极材料，其特征在于：包括导电剂、粘结剂和结构1所示的络合物，（结构式1），所述络合物作为锂离子脱出与嵌入的活性材料，其中，R为结构式2所示基团或羟基，（结构式2）。由于结构式1所示的活性材料的存在，具有非常多可供电池充、放电过程中锂离子嵌入或脱出的活性位点，由此活性材料制备得到的锂离子电池负极材料及电池负极具有很高的可逆容量，且倍率性能优异，循环寿命超长，有效避免锂离子电池容量小，倍率性能差且循环寿命短的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及制备得到的锂离子电池负极。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高功率、长寿命、宽工作温度范围及无记忆效应等特点，在3C消费电子、新能源汽车和储能等领域广泛应用。锂离子电池负极材料对于提高锂离子电池的各项性能非常关键。现在商业化的负极材料主要由人造石墨、天然石墨、硅碳复合材料、锂金属、钛酸锂等。虽然石墨类材料廉价易得，在充放电循环中稳定性好，但是其容量较低而且倍率性能较差。硅碳复合材料虽然容量高，但是其在充放电过程中容易膨胀与收缩，导致循环寿命很短。锂金属具有很高的能量容量，但是容易产生锂支晶，形成严重的安全隐患。钛酸锂负极的循环和倍率性能很好，但是电池的能量密度太小，而且其制备过程相对复杂。因此，需要开发新的锂离子电池负极材料来进一步提高锂离子电池的综合性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种锂离子电池负极材料，由此进一步制备得到的锂离子电池负极具有高可逆容量，优异的倍率性能和超长的循环寿命。

根据本发明的第一方面，本发明一种锂离子电池负极材料，其特征在于：包括导电剂、粘结剂和结构1所示的络合物，所述络合物作为锂离子脱出与嵌入的活性材料，

其中，R为结构式2所示基团或羟基，

结构1所示的络合物为通过丹宁酸与三价铁离子形成的络合物，其结构改变了丹宁酸的溶解性，使其不溶解于锂离子电池电解液。而该络合物具有非常多的酚基官能团，在电池充、放电过程中为锂离子的嵌入和脱出提供活性位点。因此，以该络合物作为活性材料，与导电剂和粘结剂混合后涂覆于铜箔制备的负极材料具有很高的可逆容量、优异的倍率性能和超长的循环寿命。

进一步地，所述导电剂包括导电石墨、导电炭黑、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。导电剂保证电极具有良好的充放电性能，导电石墨、导电炭黑、石墨烯和碳纳米管均具有良好的导电性能，且价格便宜容易获取。

进一步地，所述粘结剂为质量浓度为4％～5％的聚丙烯酸水溶液或聚丙烯酸与苯乙烯的共聚物水溶液。聚丙烯酸和聚丙烯酸与苯乙烯的共聚物具有良好水溶性，对活性物质与金属有极好的粘接力，且抗电解质化学稳定性良好，制备过程中得到的负极材料浆料稳定性好，且具有良好的加工性能，方便涂覆在金属箔片上，质量浓度低于4％使制备得到的负极材料粘稠度过低，不容易涂覆在金属箔片上，质量浓度高于5％则制备得到的负极材料粘稠度高，难以延展均匀涂覆。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种锂离子电池负极的制备方法，将所述活性材料、导电剂、粘结剂按6∶3∶1～7∶3∶1比例混合后即得锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料均匀涂覆于铜箔上真空干燥后即得锂离子电池负极。所述活性材料、导电剂、粘结剂按6∶3∶1～7∶3∶1比例混合，保证足够量的活性材料实现可逆地脱/嵌锂离子，扩大可逆容量，足够量的导电剂可使电池循环充电寿命延长，并且按此比例混合还可保证粘结剂加入后负极材料具有良好的粘附力，便于进行下一步加工。

进一步优选地，所述锂离子电池负极材料的涂覆厚度为0.1mm～0.15mm。涂覆厚度超过0.15mm容易导致负极材料难以干燥成型，降低加工效率，涂覆厚度小于0.1mm制备得到的负极可逆容量小。