[發明專利]電池負極及包括該負極的鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 200610161113.5
• 申請日: 2006-11-30
• 公開（公告）號: CN101192662A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 劉衛平;李科;姜俊剛
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/58;H01M4/04;H01M10/40;C01B31/04;C01B31/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;程榮逵

技術領域

本發明是關于一種電池負極及包括該負極的電池，具體地說，本發明是關于一種電池負極及包括該負極的鋰離子二次電池。

背景技術

鋰離子二次電池作為一種新型的化學電源，具有高能量密度、高電壓、無污染、不含金屬鋰、循環壽命高、無記憶效應、充電速度快等特點，廣泛應用于3C產品，也即個人電腦、移動電話和諸如便攜式CD機、PDA之類的個人無線電子設備中。

然而，隨著人們需求的不斷提高，高容量鋰離子二次電池已成為目前發展的趨勢。為使鋰離子二次電池具有更高的容量和出色的綜合性能，最根本的途徑在于改進正極活性物質和負極活性物質的性能。目前，負極活性物質使用得最多的石墨，人們在不斷的嘗試用不同的方式對其進行改進。

石墨包括人工石墨和天然石墨，二者各有優缺點。對于人工石墨來說，它具有循環性能好，體積改變小的優點，但是，它的缺點在于人工石墨往往很難達到高的石墨化度，比容量小，此外就是在用易石墨化碳進行石墨化處理后得到的人工石墨往往很難以壓實，壓延得到的負極片的體積能量密度低，導致電池容量低，而且負極材料也很容易從集電極上脫落。對于天然石墨來說，它具有比容量高，易于壓實等優點，但是它在充放電過程中易發生石墨層的膨脹和崩潰，導致循環性能較差，大電流放電性能也不是很理想。

為適應鋰離子二次電池發展的要求，人們主要從以下幾個方面對石墨的性能進行改進：

(1)對于人工石墨，研究者通常采用的方法是在高溫下(一般在2500℃以上)將石墨進行長達數百小時的保溫，以制得高石墨化度的人工石墨，但該方法效率低、能耗大、成本高；

(2)對于天然石墨，研究者通常采用的方法是對天然石墨表面進行包覆處理，得到“殼-核”結構的復合石墨，以抑制天然石墨在循環過程中的結構改變。然而，事實上，這種作用是很有限的，在實際應用中天然石墨的循環性能仍然難以滿足人們的要求，而且這種包覆層往往不具備嵌鋰功能，還會降低包覆后天然石墨的比容量；

(3)由于人工石墨和天然石墨各具有優缺點，因此，許多研究人員往往采用人工石墨和天然石墨的混合石墨作為鋰離子二次電池的負極活性物質，以發揮兩種石墨的優點，彌補相互之間的缺點。

CN1702892A公開了一種鋰離子二次電池的復合石墨負極材料，其特征在于，所述石墨包括改性天然石墨與人造石墨，所述天然石墨和人造石墨的質量比為30∶70-80∶20。其中，所述改性天然石墨的平均粒徑為5-35微米，所述人造石墨的平均粒徑為2-20微米。

雖然該負極材料采用天然石墨和人工石墨的混合石墨作為負極活性物質，但是，在實際應用中發現，現有技術的混合石墨中天然石墨的比例往往不能太高，一般低于混合石墨總重量的80％，所述天然石墨的含量不能太高的原因在于，天然石墨的含量過高會惡化電池的循環性能，因而，采用添加人造石墨來改善電池的循環性能，但是采用這樣比例的混合石墨的電池比容量卻難以達到高容量鋰離子二次電池的要求。

CN1808745A公開了一種鋰離子二次電池的負極，該負極所采用的負極活性物質包括由鱗片狀天然石墨、球形天然石墨和鱗片狀人造石墨組成的混合石墨，其中，鱗片狀天然石墨占混合石墨總重量的35-70重量％，球狀天然石墨占混合石墨總重量的5-45重量％，鱗片狀人造石墨占混合石墨總重量的5-30重量％。

該鋰離子二次電池的負極采用三種石墨的混合石墨作為負極活性物質，循環性能得到一定程度上的改善，但是，在該負極活性物質中，與人造石墨的量相比，雖然兩種混合天然石墨的量較高，但是，由于鱗片狀天然石墨不容易壓實，它的體積能量密度低于球狀天然石墨，因此在將球狀天然石墨、鱗片狀天然石墨與人造石墨的混合石墨進行壓延后得到的負極片的體密度僅僅為1.55-1.60克厘米³，這說明，在單位體積上的負極活性物質的量有限，從而導致電池的比容量較低，基本上都不超過340毫安時/克，這對制作高容量的鋰離子二次電池而言，是不太理想的。

綜上所述，采用現有技術的混合石墨作為負極活性物質的電池都很難兼顧使電池具有高容量和良好循環性能的要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有的鋰離子二次電池的負極不能兼顧電池具有高容量和良好電池循環性能的缺點，提供一種使鋰離子二次電池具有容量高和良好循環性能的負極。

本發明的第二個目的是提供上述負極的制備方法。

本發明的第三個目的是提供使用上述負極的鋰離子二次電池。