[發明專利]鋰離子電池用高比容量復合電極極片

無效

• 申請號: 200810190951.4
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN101465416A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 文鐘晟
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M2/22
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司
• 代理人: 衛茂才

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及鋰離子電池用高比容量復合電極極片。是可用作鋰離子電池負極的具有高比容量、充放電過程可逆性高，循環性能良好的復合電極極片。

技術背景

隨著各種便攜式電子設備的小型化及對電動汽車的廣泛需求，對化學電源的需求和性能要求急劇增長，而目前對于商品化鋰離子電池中大多采用的鋰過渡金屬氧化物/石墨體系由于該體系電極本身較低的理論儲鋰容量的限制如石墨，372mAh/g，已難以適應現在對具有高比能量密度的電源的需求。目前報道的對非碳負極材料的研究表明，許多具有高儲鋰性能的材料，如Al、Sn、Sb、Si等可與Li合金化的金屬及其合金類材料，其可逆儲鋰的量遠遠大于石墨類負極D.Fauteux?and?R.Koksbang，J.Appl.Electrochem.Soc，1993，23：1-6高容量問題已不再是限制鋰離子電池負極材料的一個困境，但這些新型的高容量材料在鋰脫嵌過程中都存在嚴重的體積效應，這是導致材料的循環穩定性差，限制其實用化的重要因素。如何在目前所知的高容量負極材料的基礎上實現負極材料保持適度高容量的情況下改善其循環穩定性是目前鋰離子電池負極材料開發、電極制備及應用所面臨的首要問題。

對于以硅、錫及其合金或化合物為代表的高容量負極材料，在脫嵌鋰過程中會發生電接觸問題使部分材料失去活性，這是由于高容量的材料本身在脫嵌鋰過程還存在著嚴重的體積膨脹與收縮該體積效應在首次循環中尤為突出，致使其在后續的循環過程中失去電接觸性能，從而部分活性材料失去電化學活性。此外，由于硅材料本身屬于半導體，而金屬錫及其合金則在首次嵌脫鋰鋰后由于其本身的結構轉變及與電解液的共同作用使活性粒子本身彼此失去連續的電子傳輸通道也會導致失去其高電子導電性能。因此對于這類高容量材料，傳統的材料制備方法使將其分散于高導電性的基體多數為碳中以提高導電性。而目前最常用的電極制備方法是向此類電極體系中引入更多的導電劑主要為乙炔黑等碳類導電劑與粘結劑，與活性電池粉體材料混合均勻形成粘稠的漿料涂敷于銅箔集流體表面，制備成復合電池，以克服材料本身的低導電性帶來的負面效應，從而使材料的高容量性能得到充分體現。但是向負極材料中加入較多的導電劑，一方面改善了其導電性，并且在一定程度上減小了電化學過程中的體積效應，但是另一方面，也增加了電極的體積密度。此外乙炔黑本身具有一定的不可逆嵌鋰容量，因此，在一定程度上會影響體系的首次可逆性能。目前學術界和企業對高儲鋰性能的電極材料及電極、電池的制造工藝等的研究十分活躍。

發明內容

本發明的目的在于提供鋰離子電池負極的高容量復合電極極片，通過三維金屬網絡形成的基本構型提高電極活性材料的電接觸性能，以有效控制單片電極的嵌鋰深度進而改善其循環穩定性。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案來實現，鋰離子電池用高比容量復合電極極片主要由集流體、高容量復合負極材料與極耳構成，集流體采用具有三維網絡結構的導電材料組成，為極片的支撐結構，高容量復合負極材料由復合負極材料增強體和復合負極材料基體組成，復合負極材料增強體高度分散于復合負極材料基體中；高容量復合負極材料通過高溫固相反應均勻填充于集流體的孔洞之中，與集流體的骨架通過界面結合，形成具有嵌鋰活性的復合電極主體，根據電池設計的需要裁片，即構成完整的復合電極極片；集流體一端焊有極耳，與外電路相連接，形成電流通路。集流體為泡沫鎳、泡沫銅或碳布。復合負極材料增強體為硅、錫或其化合物，復合負極材料基體為鎳、銅、石墨或高溫裂解碳。極耳為鎳片或不銹鋼片。

本發明的有益效果是：極片不引入傳統鋰離子電池極片中常用的導電劑和粘結劑，而是通過活性復合電極材料與集流體之間的高溫固相作用構造成具有良好分散性和粘接性的極片，且具有低成本、易成型等優點。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

圖1是本發明的極片基本構造示意圖

圖2是本發明硅/碳復合三維極片與傳統涂漿法制備的二維結構極片首次次充放電曲線比較。其中：曲線1為本實用新型構造的復合極片，曲線2為傳統的涂漿法構造的二維結構極片。

圖中：1、集流體，2、復合負極材料，3、極耳，4、復合負極材料增強體，5、復合負極材料基體。

具體實施方式