[實用新型]一種鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201220256079.0
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN202633454U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 謝皎;阮曉莉;胡蘊成;王睿;鄭威
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/66
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙麗

技術領域

本實用新型涉及一種電池，更具體地說，本實用新型涉及一種鋰離子二次電池，屬于鋰離子二次電池技術領域。

背景技術

隨著各種便攜式電子設備及電動汽車的廣泛應用和快速發展，對化學電源的需求和性能需求急劇增長。和其它化學電源相比，鋰離子電池以其長壽命和高功率特性等優勢成功并廣泛應用于終端移動電子設備領域。目前，商品化鋰電池中大多采用鋰過渡金屬氧化物/石墨體系。隨著信息技術的迅速發展，以移動電話、筆記本電腦為代表的便攜式設備不斷向小型化、薄型化方向發展，因此對電池的能量密度、成本以及安全性提出更高的要求。已商品化鋰電池的性能已越來越不能滿足上述發展的要求，其中負極材料是重要的制約因素之一。

硬炭負極材料以其無規排序所具有的較高容量、低造價和優良循環性能引起了人們的極大興趣。Sony公司通過熱解聚糠醇得到比容量為450mAh/g的炭材料；Kanebo公司用聚苯酚作前驅體的熱解炭負極材料的可逆容量達到580mAh/g，遠遠超出石墨類炭材料的理論嵌鋰容量372mAh/g，從而使人們對其進行了大量的研究與開發。為了提高硬炭材料的體積能量密度，Ou?Jung?Kwon?等以酚醛樹脂為原料制成了硬炭球，它具有較高的壓實密度（0.9g/mL）和較小的比表面積（相對于不規則的硬炭類材料來說）。Wang等采用晶體生長水熱法制備了一種納米結構微球炭負極材料，它是外觀直徑為5～10?μm的炭球，球內是單石墨層組成的孔徑在0.5～3.0?nm?的納米孔或管，它結合了碳納米管材料的高儲鋰能力和球形碳材料的優良加工性能，能量密度比目前正在使用的MCMB材料高30%，達到400?mAh/g，尤其適用于鋰離子動力電池的大電流工作的需要，且成本遠遠低于碳納米管。安全性方面，大阪煤氣化公司使用煤瀝青為原料，經過1100℃炭化制得硬炭材料，經分析，該硬炭材料過放120%時才會發生金屬鋰析出，與之相比，石墨負極過放105%時即有鋰析出。因此，從電池的安全性能考慮，硬炭材料要好于石墨。但是，由于硬炭本身的結構特點，也存在諸多缺陷：如可逆儲鋰容量一般隨循環的進行衰減比較快；另外還存在電壓滯后的現象(放電電勢明顯高于對應的嵌鋰狀態的充電電勢)；但最重要的是首次充放電不可逆容量較大(一般大于20%)，因此嚴重制約了硬炭材料的實用化過程，至今未能商業化應用。

為了降低硬炭材料首次不可逆容量，提高電極的首次充放電效率，目前常用的方法是用鋰粉/箔以及鋰化物來補償硬炭材料的首次不可逆容量，并取得了一定的效果如：

國家知識產權局于2007.1.3公開了一件申請號為200610089725.8，名稱為“鋰離子電池用硬炭-鋰金屬復合負極材料的制備方法”的發明專利，該專利是將硬炭材料與鋰粉在惰性氣體氣氛下進行混合，得到硬炭-鋰金屬復合負極材料。另一種方法是：將硬炭材料粉末制備成電極片；然后在惰性氣體氣氛下，將鋰箔壓制在硬炭電極片表面，得到硬炭-鋰金屬復合負極材料。兩種方法中鋰與硬炭材料的質量比關系滿足：鋰的首次過剩放電容量能夠補償硬炭的首次不可逆容量。本發明提出的方法能夠制備得到的負極材料具有首次庫侖100%以上、電化學活性高、可逆容量大、循環性能好、材料成本低、工藝流程簡單等優點。

國家知識產權局于2011.9.28公開了一件申請號為201110093537.3，名稱為“一種高容量金屬鋰粉復合負極及制備方法和多層復合電極”的發明專利，該專利公開了一種高容量金屬鋰粉復合負極及制備方法和多層復合電極一種高容量金屬鋰粉復合負極，復合負極重量份組成為：金屬鋰粉1～80份；負極粉末10～90份；導電劑1～10份；粘結劑1～4.5份；表面活性劑0～0.5份；本發明通過金屬鋰粉末與石墨、軟碳、硬炭、錫及其氧化物、硅及其氧化物等材料復合提高負極材料的質量比容量和體積比容量，減小活性物質用量提高電池比容量；通過調整金屬鋰與石墨的比例可以調節負極的比容量；通過絕緣保護層的阻隔能有效防止金屬枝晶生長刺穿隔膜造成電池內短路，提高電池的安全性能；鋰金屬粉末抵消負極在不可逆容量損失，提高了石墨、硬炭、軟碳、錫、硅等負極材料的首次庫倫效率。

但是，上述方法存在一定的缺陷：首先，鋰金屬粉末具有較高的活性，在與硬炭材料球磨混合的過程中，極易發生團聚，分布不均勻的鋰粉將會導致電極充放電態的不一致，進而導致電池容量衰減過快；其次，鋰箔覆蓋在電極表面，不僅工業化實現過程困難，而且也存在鋰箔刺穿隔膜的風險，降低了電池的安全性。

實用新型內容

本實用新型旨在解決含有硬炭材料的鋰電池首次不可逆容量低的缺陷，提供一種安全性好、充放電效率高、低溫性能優異以及適宜快充的鋰離子二次電池。