[發(fā)明專利]鋰離子電池負(fù)極，其制備方法和應(yīng)用該負(fù)極的鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210254586.5
• 申請日: 2007-10-10
• 公開（公告）號: CN102751474A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長洪;范守善
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極及其制備方法以及應(yīng)用該鋰離子電池負(fù)極的鋰離子電池，尤其涉及一種基于碳納米管的鋰離子電池負(fù)極及其制備方法以及應(yīng)用該鋰離子電池負(fù)極的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種新型的綠色化學(xué)電源，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高、壽命長、能量密度大的優(yōu)點(diǎn)。自1990年日本索尼公司推出第一代鋰離子電池后，它已經(jīng)得到迅速發(fā)展并廣泛用于各種便攜式設(shè)備。

傳統(tǒng)的鋰離子電池通常包括正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)四個部分。常見的鋰離子電池的正極材料通常選自含鋰的活性化合物，負(fù)極材料則選自碳系材料。充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。放電時，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合。

由此可見，負(fù)極活性材料是決定鋰離子電池性能的重要因素之一。一種好的負(fù)極活性材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：比能量高；充放電反應(yīng)可逆性好；與電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小(<10m²/g)，真密度高(>2.0g/cm³)；嵌鋰過程中尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性好；資源豐富，價格低廉；在空氣中穩(wěn)定、無毒副作用等。目前，碳材料被廣泛用作鋰離子電池的負(fù)極材料，這些材料的優(yōu)點(diǎn)是比容量高（200?mAh/g~400?mAh/g），循環(huán)效率高（>95%），循環(huán)壽命長和電池內(nèi)部沒有金屬鋰而不存在安全問題。現(xiàn)有的碳負(fù)極材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等。

然而，碳材料的種類、制備方法和熱處理溫度不同時，均會導(dǎo)致負(fù)極材料組成和結(jié)構(gòu)上的差異，進(jìn)而引起鋰離子嵌入行為與性能的差異?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常使用天然石墨作為鋰離子電池負(fù)極材料。純的天然石墨作為鋰離子電池負(fù)極材料時具有比容量高（可達(dá)到370?mAh/g~430?mAh/g）、價格低廉、來源豐富的優(yōu)點(diǎn)。然而，使用天然石墨的鋰離子電池負(fù)極也存在首次充放電效率低，循環(huán)性能差，對電解液選擇性高的缺點(diǎn)。這主要是由于石墨的表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得首次嵌鋰過程中所形成的鈍化膜（Solid?Electrolyte?Interface，?SEI）具有不均勻性和脆性。這些缺點(diǎn)限制了這種負(fù)極活性材料在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。

碳納米管(carbon?nanotube,?CNT)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型碳系材料，由單層或多層的石墨片狀結(jié)構(gòu)卷曲而成。碳納米管的層間距為0.34納米，略大于石墨的層間距，有利于鋰離子的嵌入和脫出。碳納米管作鋰離子電池負(fù)極材料，鋰離子不僅可嵌入中空管內(nèi)，而且可嵌入到層間的縫隙、空穴之中，具有嵌入深度小、過程短，嵌入位置多等優(yōu)點(diǎn)。已有報道采用碳納米管制作的鋰離子電池負(fù)極（請參見，Effects?of?synthesis?condition?of?graphitic?nanocarbon?tube?on?anodic?property?of?Li-ion?rechargeable?battery,?Journal?of?power?source,?V97-98,?P129-132（2001））。

然而，目前采用碳納米管制作的鋰離子電池負(fù)極，通常將碳納米管和粘接劑混合均勻后涂覆于集電體上制得電池負(fù)極。由于粘結(jié)劑的影響，不能充分的利用碳納米管的表面微孔結(jié)構(gòu)，這限制了負(fù)極對鋰離子的吸附能力。而且，使用該負(fù)極的鋰離子電池也存在首次充放電效率低，循環(huán)性能差，且對電解液選擇性高的缺點(diǎn)。

因此，確有必要提供一種鋰離子電池負(fù)極及其制備方法以及應(yīng)用該鋰離子電池負(fù)極的鋰離子電池，應(yīng)用該鋰離子電池負(fù)極的鋰離子電池具有較高充放電效率，循環(huán)性能好，且對電解液選擇性不高。

發(fā)明內(nèi)容

一種鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其包括以下步驟：提供一高度大于100微米的碳納米管陣列，該碳納米管陣列中部分碳納米管相互纏繞；采用刀片將上述碳納米管從基底刮落獲得碳納米管原料，該碳納米管原料中部分碳納米管保持相互纏繞的狀態(tài)；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；以及，將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理形成一碳納米管薄膜，以獲得鋰離子電池負(fù)極。

一種鋰離子電池負(fù)極，該鋰離子電池負(fù)極為一純碳納米管薄膜，所述的碳納米管薄膜中包括相互纏繞的碳納米管，碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。