[發明專利]一種鋰離子電池及其負極

無效

• 申請號: 201210063436.6
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN102623672A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 鄧耀明;柳娜;許瑞;譚欣欣;賴旭倫;王正
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司;東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，更具體地說，本發明涉及一種能有效抑制石墨循環膨脹的鋰離子電池負極，以提高鋰離子電池的低溫及倍率性能，以及包含該負極的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池自商業化以來，由于其能量密度高、工作電壓高、無記憶效應、循環壽命長和對環境無污染等諸多優點被廣泛用作各種移動設備的電源，這使其進入了大規模的實用階段。

隨著各種便攜電子設備的不斷多功能化和精細化，其對鋰離子電池的能量密度也提出了越來越高的要求。為了達到提高鋰離子電池的能量密度的目的，目前，大量的研究工作都集中在鋰離子電池的正極、負極、隔膜和電解液等幾大關鍵材料上。

在負極方面，為滿足能量密度需求，一方面，在石墨制造商與電池生產商的工作努力下大批高容量石墨已被廣泛應用，目前可逆容量達到360mAh/g，逐步趨近到372mAh/g的理論極限。有關研究表明，石墨層間距為0.3354nm，鋰插入石墨層間后，層間距擴大到0.3706nm，石墨化程度越高的石墨理論可逆容量越大，但對于可逆容量大的石墨，石墨膨脹也越大。

另一方面，電池內部設計方面，為充分利用電池內部的有效空間，最大程度地縮小電池內部集流體、隔膜等非能量密度貢獻單元的體積，電極極片涂布重量也越來越大。目前，鋰離子電池水性負極極片一般采用苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)作為粘結劑，這類粘結劑粘結力較差；在電池內部，注入電解液后，這類粘結劑的粘結力會進一步弱化，當極片厚度增加后，極片粘結顯著減弱，而且厚極片容易造成鋰離子脫嵌困難、極化增大、使鋰離子電池在常溫及低溫下析鋰、電池倍率性能變差等問題。

有鑒于此，確有必要提供一種能有效抑制石墨循環膨脹的鋰離子電池負極，以提高鋰離子電池的低溫及倍率性能，以及包含該負極的鋰離子電池。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種能有效抑制石墨循環膨脹的鋰離子電池負極，以提高鋰離子電池的低溫及倍率性能。

為了達到上述目的，本發明采用如下方案：

一種鋰離子電池負極，包括負極集流體和涂敷在所述負極集流體上的負極活性物質層，所述的負極活性物質層包括負極活性物質、導電劑以及粘結劑，所述的粘結劑為海藻酸鹽，所述海藻酸鹽為海藻酸鈉和/或海藻酸鉀，所述海藻酸鹽包含的兩種立體異構體L-古羅糖醛酸(G段)和D-甘露糖醛酸(M段)的比值G/M小于等于1.5，所述海藻酸鹽包含的鈣雜質小于等于0.3％。

若分子序列中G段含量太高，一方面，均聚的G段結構容易與鈣雜質發生螯合作用，使得海藻酸鏈間結合緊密，協同作用更強，最終形成凝膠；另一方面，高G/M比的海藻酸鈉(鉀)成膜后脆性增強，極片加工比較困難；再者，高G/M比的海藻酸鈉(鉀)制備的極片阻抗高于低G/M比的海藻酸鈉(鉀)制備的極片，進而影響電池低溫性能發揮。

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述海藻酸鹽占所述負極活性材料層總重量的重量百分比為0.5～10wt％。漿料配方中，若粘結劑添加量過少(質量分數小于0.5％)，會導致活性物質在漿料中分散效果差，制作的漿料穩定性較差，造成極片中的活性物質的分布不均勻，從而導致部分活性物質的過充與過放，進而影響到電池的循環性能；另外，粘結劑過少，極片粘結較差，極片制作過程中，負極活性物質層容易脫落。反之，若粘結劑添加量過多(質量分數大于10％)，粘結劑可能覆蓋大部分活性物質表面，造成負極阻抗增大，電池充電過程中容易析鋰，影響電池性能；另外粘結劑過多，極片較脆，無法采用卷繞形式完成電芯制作。

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述海藻酸鹽占所述負極活性材料層總重量的重量百分比為1～3wt％；

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述海藻酸鹽的彈性模量大于等于3GPa，否則其對石墨循環膨脹的抑制效果不明顯。

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述海藻酸鹽的水溶液質量濃度為1％時，25℃下的粘度為50～1200mPa·s。若粘結劑粘度過高，制備漿料過程中固含量較低，造成極片干燥過程中負荷較大，浪費能源；而若粘度較低時，粘結劑用量會加大，影響電池性能。

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述海藻酸鹽的數均分子量為5萬～100萬。相關結果表明，分子量小，海藻酸鈉(鉀)的分子鏈較短，影響到海藻酸鈉和海藻酸鉀對石墨顆粒的包覆作用，進而弱化漿料的穩定性；而若分子量太大，則會導致海藻酸鈉(鉀)的溶解性變差，不易分散均勻。

作為本發明鋰離子電池負極的一種改進，所述導電劑為導電炭黑、碳纖維、石墨烯和碳納米管中的至少一種。