[發明專利]鋰離子電池負極

有效

• 申請號: 201410358167.5
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN105406025B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 姜開利;王佳平;范守善;林曉陽;柳鵬;羅姝
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極，尤其涉及一種基于碳納米管的鋰離子電池負極。

背景技術

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

傳統的鋰離子電池通常包括正極、負極、隔膜和電解質四個部分。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，嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時，鋰離子則從片層結構的碳中析出，重新和正極的化合物結合。

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

碳納米管(carbon nanotube, CNT)是近年來發現的一種新型碳系材料，由單層或多層的石墨片狀結構卷曲而成。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極材料，鋰離子不僅可嵌入中空管內，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，嵌入位置多等優點。

然而，目前采用碳納米管制作的鋰離子電池負極，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極。由于粘結劑與碳納米管混雜在一起形成致密的膜狀結構，該膜狀結構的比表面積很小，且沒有大量的微孔存在，限制了電池負極對鋰離子的吸附及脫嵌能力。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種對鋰離子的吸附及脫嵌能力較高的鋰離子電池負極。

一種鋰離子電池負極，包括一碳纖維膜，該碳纖維膜由至少一碳納米管膜和石墨片構成，該至少一碳納米管膜包括多個碳納米管通過范德華力相互連接形成一膜狀，該多個碳納米管沿同一方向延伸且在該延伸方向上相鄰的碳納米管首尾相連，每一碳納米管的外壁分布有多個所述石墨片，且每一石墨片與碳納米管的外壁之間形成一角度。

一種鋰離子電池負極，包括一碳纖維膜，該碳纖維膜包括至少一碳納米管膜和一石墨層設置于所述至少一碳納米管膜的表面，該碳納米管膜包括多個沿同一方向延伸的碳納米管，該石墨層包括多個石墨片，每一碳納米管的外壁分布有多個所述石墨片，每一石墨片傾斜地連接在所述碳納米管的外壁且向遠離碳納米管的方向延伸，每一石墨片延伸的長度是碳納米管直徑的2.5倍至100倍。

相較于現有技術，本發明提供的鋰離子電池負極包括碳纖維膜，該碳纖維膜中多個碳纖維分布均勻，每一根碳纖維均由多個石墨片和一碳納米管組成，相鄰碳納米管通過范德華力形成碳納米管膜，所述多個石墨片與碳納米管的外壁呈一角度，增大了碳纖維膜的比表面積，且該碳纖維膜中存在大量的微孔，提高了鋰離子電池負極對鋰離子的吸附能力和脫嵌能力，進一步提高了鋰離子電池的工作效率。

附圖說明

圖1是本發明提供的鋰離子電池負極的結構示意圖。

圖2是本發明提供的鋰離子電池負極中碳纖維膜的結構示意圖。

圖3是圖2碳纖維膜中碳纖維的立體結構示意圖。

圖4是本發明提供的鋰離子電池負極中碳纖維膜的制備方法的結構示意圖。

圖5是本發明提供的碳納米管膜的掃描電鏡照片。

圖6是本發明提供的鋰離子電池的結構示意圖。

主要元件符號說明