[发明专利]一种层状负极以及具有该负极的锂离子电池

说明书

本发明公开一种层状负极以及具有该负极的锂离子电池，主材层表面涂覆有锂离子缓存层，所述锂离子缓存层具有相互交错的层状结构；优选所述主材层含有混合导电剂，所述混合导电剂与锂离子缓存层配合将锂离子传递至主材层；本发明通过在负极表面涂覆一层锂离子缓存层，有效防止嵌入不及时，防止锂离子在负极表面堆积；防止产生锂枝晶，提高安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种层状负极以及具有该负极的锂离子电池。

背景技术

市场上对快充电池的需求进一步提升，快充电池能承受得住大电流进行超快速充电，解决了电动车充电时长远大于传统加油的问题，市面上已有在快充方面性能较好的电池。但是，终端汽车厂商一直在追求一款既是快充、又具备高安全性能的锂离子电池。

快速充电技术瓶颈在于负极的嵌锂能力及电解液的导电速率，提升电解液的导电速率后，离子若无法及时的嵌入负极内，会造成负极表面产生锂枝晶，即析锂现象，析锂会严重降低安全性，甚至造成起火、爆炸等安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层状负极，本发明通过在负极表面涂覆一层锂离子缓存层，有效防止嵌入不及时，防止锂离子在负极表面堆积。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种层状负极，包括箔材和粘接在箔材的主材层，还包括主材层表面涂覆锂离子缓存层，所述锂离子缓存层具有相互交错的层状结构。

优选所述锂离子缓存层为硬碳层。本发明硬碳具有相互交错的层状结构，锂离子可以从各个角度嵌入，快速接受大量锂离子，有效解决大倍率充电时，负极表面锂离子堆积产生极化的现象。硬碳材料嵌锂满足快充充电的需求，但其容量低，不适合大量使用。

进一步优选硬碳层中硬碳颗粒的D50为8μm至10μm。硬碳粒径太小，价格高；硬碳粒径太大，不易快速嵌锂；硬碳层按照质量分数包括：93％至98％的硬碳；1％至3％的混合导电剂；0.5％至2％的粘结剂；0.5％至2％的分散剂。

优选所述主材层含有混合导电剂，所述混合导电剂与锂离子缓存层配合将锂离子传递至主材层。本发明通过混合导电剂促进锂离子缓存层进入至主材层，有效形成导锂网络，充分将锂离子缓存层中的锂离子传导进入至主材层，有效防止主材层表面锂离子的堆积。

优选所述主材层中的混合导电剂包括零维导电剂、一维导电剂和二维导电剂，其中，零维导电剂、一维导电剂和二维导电剂的质量比为1：1：1或者3：5：2或者3：4：3。本发明中零维导电剂为炭黑；一维导电剂为碳纳米管和/或碳纤维；二维导电剂为石墨烯和/或石墨烯气凝胶；本发明中导电剂维度越高，其导离子性能越好，维度越低，导电子性能越好，将低维度与高维度导电剂结合，导电剂之间相互协同、激发导电作用，负极可以快速嵌锂，即增强快充性能。

优选所述锂离子缓存层中含有混合导电剂，混合导电剂包括一维导电剂和二维导电剂；其中，二维导电剂的质量是一维导电剂质量的1至3倍。锂离子缓存层中的混合导电剂为一维导电剂与二维导电剂的混合，锂离子缓存层快速接受锂离子并将锂离子传递至石墨层，故锂离子缓存层旨在导离子，主要使用导离子性能好的一维与二维导电剂，其中二维导电剂和一维导电剂质量的1至3倍。

优选所述锂离子缓存层的质量是主材层质量的5％至10％。锂离子缓存层占比太小，快速嵌锂能力不足，不能满足快速充电的目的；锂离子缓存层占比太大，拉低负极整体容量。

优选所述锂离子缓存层和主材层中均含有粘结剂和分散剂，其中，锂离子缓存层中的粘结剂和分散剂的用量均低于主材层中粘结剂和分散剂的用量。锂离子缓存层中粘结剂和分散剂用量比主材层小；锂离子缓存层中粘结剂和分散剂的用量过高提升嵌锂阻抗，应控制锂离子缓存层中粘结剂和分散剂的用量。