[发明专利]负极材料及使用其的电化学装置

说明书

本申请涉及负极材料及使用其的电化学装置。所述负极材料包括能够嵌入和脱出锂离子的负极活性物质和含锂石墨烯，其中所述负极活性物质包括石墨。所述负极材料中的含锂石墨烯中的锂离子能够与接近负极材料表面的锂离子发生“空位迁移”作用，从而缩短锂离子的传输路径，提高锂离子的传输速率。因此，本申请所述的负极材料具有低阻抗和大倍率充放电等优异的电化学性能。

技术领域

本申请涉及储能领域，尤其涉及负极材料以及包括所述负极材料的负极极片及电化学装置。

背景技术

随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，人们对其中的电化学装置(例如，电池)的要求越来越严格。例如，人们不仅要求电池轻便，而且还要求电池拥有高容量和长的工作寿命。在众多的电池中，锂离子电池凭借其具有能量密度高、安全性高、自放电低、无记忆效应、工作寿命长等突出优点已经在市场上占据主流地位。

负极材料是锂离子电池中最关键的组成部分之一，它的结构和性能直接影响到锂离子电池的电化学表现。石墨是目前常用的锂离子电池的负极材料，其理论克容量为372mAh/g。但是石墨本身晶体结构完整且层间距较小，这不利于锂离子在石墨层间进行快速的嵌入或脱出，因此单纯使用石墨作为锂离子电池的负极材料难以获得具有大倍率充放电性能的锂离子电池。另外，石墨的电位较低，接近于析锂电位。而在大倍率充放电条件下，电化学极化和浓差极化会变得更加严重，这会进一步降低嵌锂电位，促使石墨负极达到析锂电位，产生析锂，甚至出现锂枝晶，导致安全风险。因此，改善石墨负极在大倍率电流下的充放电表现并降低因大倍率充放电带来的安全风险是电化学领域非常重要的研究课题。

发明内容

本申请提供一种负极材料、包含该负极材料的负极极片以及应用该负极极片的电化学装置，以试图在至少某种程度上解决至少一个存在于相关领域中的问题。

在一个实施例中，本申请提供了一种负极材料，其包括：能够嵌入和脱出锂离子的负极活性物质，所述负极活性物质包括石墨；和含锂石墨烯。

在一些实施例中，所述含锂石墨烯至少部分地覆盖所述负极活性物质。

在一些实施例中，以所述负极材料的总重量计，所述含锂石墨烯的含量约为0.02重量％-2重量％。

在一些实施例中，所述含锂石墨烯为含锂磺酸基石墨烯。

在一些实施例中，所述含锂磺酸基石墨烯的Li元素和S元素的Li:S重量比的范围约为0.2:1-5:1。

在另一个实施例中，本申请提供了一种负极极片，其包括负极活性物质层和集流体，其中所述负极活性物质层位于所述集流体的至少一个表面上；其中所述负极活性物质层包括如上实施例所述的负极材料。

在一些实施例中，当所述含锂石墨烯为所述含锂磺酸基石墨烯时，S元素的含量从靠近所述集流体至远离所述集流体逐渐增加。

在一些实施例中，所述负极活性物质层的Li元素和C元素的Li:C重量比的范围约为1:500-1:1000。

在一些实施例中，当所述含锂石墨烯为所述含锂磺酸基石墨烯时，所述负极活性物质层的C元素和S元素的C:S重量比的范围约为100:1-500:1。

在一些实施例中，所述负极活性物质层还包括粘结剂和/或导电剂，所述粘结剂包含聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、丁苯橡胶和环氧树脂中的一者或多者，所述导电剂包含导电碳黑、碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一者或多者。

在一些实施例中，所述含锂石墨烯与所述粘结剂的重量比约为1:3-1:15。