[发明专利]一种双层复合石墨负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层复合石墨负极及其制备方法，所述双层复合石墨负极包括复合层和石墨层，复合层包括银纳米颗粒和石墨，所述双层复合石墨负极应用于N/P比小于1的锂离子电池时，复合层位于锂离子电池的集流体与石墨层之间。本发明为双层石墨电极，且利用银对锂优异的亲核作用，在电池充放电时能够诱导多余锂离子在复合石墨负极复合层中均匀沉积和剥离，可有效抑制低N/P锂离子电池中石墨负极表面上的锂枝晶生长，提升电池安全性，延长电池循环寿命，提高电池质量和体积能量密度。

技术领域

本发明属于低N/P比锂离子电池领域，更具体地，涉及一种双层复合石墨负极及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的大规模普及，锂离子电池作为最主要的动力系统，除循环稳定性外，能量密度和安全性也是商用锂离子电池的亟须改善的两大难题。在长周期循环过程中，锂离子电池会由于活性物质减少、金属锂析出、电解液不断消耗、内阻增加和热失控等原因使得电池可逆容量不断下降。其中，石墨负极的析锂现象是导致电池容量衰减和内部短路的最主要原因。通常认为，析锂现象是因锂离子在石墨负极上插层时，受到动力学限制部分金属锂单质在石墨表面析出，形成不均匀的锂金属层。石墨表面的锂金属层不仅会造成严重的安全隐患，还加剧了固体电解质界面膜的生长，电池容量大大衰减。

N/P比(Negative/Positive)是在同一阶段内，同一条件下，电池负极比容量与正极比容量的比值。N/P＝负极活性物质克容量×负极面密度×负极活性物含量比÷(正极活性物质克容量×正极面密度×正极活性物含量比)。

较低的N/P比可以使电池发挥更优异的初始性能，更高的体积和质量能量密度，但同时会加剧析锂现象发生。石墨负极类电池N/P要大于1.0，一般1.04～1.20，这是出于对固体电解质界面膜的形成消耗，安全设计等考虑。但是，N/P过大时，电池不可逆容量损失增加，导致电池容量偏低，电池能量密度也会降低。目前，由于电池快速失效等问题，选用N/P比最小也在1以上，并没有研究在超低N/P设计方案上。

由此可见，现有石墨负极类电池存在N/P比较大、能量密度较低、安全性差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双层复合石墨负极及其制备方法，由此解决现有石墨负极类电池存在N/P比较大、能量密度较低、安全性差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双层复合石墨负极，所述双层复合石墨负极包括复合层和石墨层，复合层包括银纳米颗粒和石墨，所述双层复合石墨负极应用于N/P比小于1的锂离子电池时，复合层位于锂离子电池的集流体与石墨层之间。

进一步地，所述复合层中银纳米颗粒的质量占比为0.05％-10％。

进一步地，所述复合层中银纳米颗粒的质量占比为0.05％-1％。

进一步地，所述复合层中银纳米颗粒的质量占比为5％-10％。

进一步地，所述银纳米颗粒的尺寸为50nm-500nm。

进一步地，所述复合层与石墨层的厚度比为1∶1-5∶1。

进一步地，负极面容量为1.5mAh cm^-2～4mAh cm^-2。

进一步地，复合层与石墨层的质量比为0.9-1.2。

按照本发明的另一方面，提供了一种双层复合石墨负极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨活性材料、导电碳、粘结剂和溶剂混合形成纯石墨浆料，银纳米颗粒加入纯石墨浆料中，得到复合石墨浆料，将复合石墨浆料涂覆在衬底上，烘干后形成复合层；

(2)将纯石墨浆料涂覆在复合层上，烘干后得到应用于N/P比小于1的锂离子电池的双层复合石墨负极。