[发明专利]有机质材料/石墨复合负极，其制备方法以及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种有机质材料/石墨复合负极，所述复合负极是由有机质材料、石墨碳材料以及辅料制备而成的，所述有机质材料选自具有共轭羰基结构的有机酸/酸酐中的一种或多种的混合物。本发明还提供了所述复合负极的制备方法以及以所述复合负极制造的锂离子电池。本发明的有机质材料/石墨复合负极，具有高容量、高功率和长寿命的特点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种具有高容量、高功率和长寿命的有机质材料/石墨复合负极，其制备方法以及以所述复合负极制造的锂离子电池。

背景技术

发展高容量和高性能负极材料是提高锂离子电池性能、增强电池循环稳定性和安全性的一个重要途径。石墨作为商品化锂离子电池重要的负极材料，有着诸多的优势，其电子导电性高，嵌脱锂电位低，成本低，对环境的危害也相对较小。然而随着锂离子电池在电动汽车和规模化储能技术中的广泛应用，石墨负极暴露的问题也日益凸显，主要问题之一表现在其理论比容量低，只有372mAh/g，能量密度和功率密度非常有限，另外其大电流充放电性能和长期循环性能也不够好。从这些方面讲，提高石墨负极的可逆容量和倍率性能、循环性能对发展高容量和高功率锂离子电池至关重要。

虽然近年来人们在改善石墨材料的性能方面做了大量工作，以往的工作主要集中在优化石墨负极表面性质、粘结剂体系和电解液添加剂等方面，这些研究虽然取得了一些效果，但受到其理论容量的限制，无法突破其372mAh/g的理论容量。为了显著提高石墨材料的比容量和比能量，硅/石墨复合负极受到了广泛关注，因为硅的理论比容量高达4200mAh/g，将硅与石墨材料复合，可以显著提高石墨负极的比容量，但需要指出的是，虽然这种复合电极的比容量和能量密度有明显提升，但硅材料超大的体积效应，导致其复合硅材料的量不能太高，一般在10％以下，且复合电极的循环性能欠佳，特别是经过100-200次循环后，易造成电极材料的粉化和从集流体脱落，硅材料的嵌脱锂性能便无法持续发挥作用，从而导致循环过程中容量的迅速衰减。

有机质材料可以利用羰基和共轭效应可逆存储锂离子，不仅储锂容量可达2000mAh/g，而且有机质材料本身具有很好的弹性和柔韧性，嵌脱锂过程中的体积效应小，而且具有绿色和可再生的特点。但其电子导电性差，往往需要大量的电子导电材料。将有机质储能材料与石墨材料进行复合可以结合有机质材料的高储锂容量性质和石墨的高导电性质，发展下一代高容量、高功率、长寿命新型负极材料，并在此基础上制造具有高性能长寿命的锂离子电池系统，是今后锂离子电池的一个重要发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高容量、高功率和长寿命的有机质材料/石墨复合负极。

本发明目的在于提供一种有机质材料/石墨复合负极，所述复合负极是由有机质材料、石墨碳材料以及辅料制备而成的，所述有机质材料选自具有共轭羰基结构的有机酸/酸酐中的一种或多种的混合物。

进一步地，所述有机质材料的化学通式为：式中R₁，R₂，R₃，R₄为氢、C₁～C₈烃基、羟基、羧基、酯基、芳基、酸酐或者是含有烯基或/和羧基的烷基链。其中，烃基包括烷基、烯基等。

进一步地，所述有机质材料选自马来酸、富马酸、衣康酸、中康酸、柠康酸、乙烯基苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、均苯四甲酸酐中的一种或多种的混合物。

本发明中，所述石墨碳材料是一种具有石墨化结构的商业化石墨碳材料，包括天然石墨和人工石墨。

进一步地，所述辅料包括粘结剂和导电剂。