[發明專利]一種鋰離子二次電池負極及其制備方法、鋰離子二次電池

在審

• 申請號: 201710173460.8
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106848197A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張新波;楊曉陽;鮑迪;徐吉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池技術領域，涉及一種鋰離子二次電池負極及其制備方法、鋰離子二次電池，尤其涉及一種柔性、超疏水的鋰離子二次電池負極及其制備方法、鋰離子二次電池。

背景技術

鋰電池具有工作電壓高、比能量高、循環壽命長、重量輕、自放電少、無記憶效應與性能價格比高等優點，已成為高功率電動車輛、人造衛星、航空航天等領域可充式電源的主要選擇對象。因此鋰電池及其相關材料成為科研人員的研究熱點。

鋰離子電池通常包括正極、負極、隔膜、電解液和殼體，電極材料是鋰電池關鍵材料之一，決定著鋰電池的走向。目前常規的研究大多集中在鋰電池的正極材料上，如鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰以及NCM、NCA等三元材料。然而，隨著人們對于電子設備中電池容量以及長循環壽命更高的要求，已有鋰離子電池的性能還是無法滿足應用需求，研究人員又逐漸將研究的方向轉移到另一個決定鋰離子電池性能的關鍵因素--負極材料。

通常鋰離子電池的負極材料主要分為兩種：石墨系碳(graphite)，包括天然石墨、人工石墨和類石墨(如中間相碳微球)等，石墨為層狀結構，由碳網平面沿C軸堆積而成，平面碳層由碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸，碳層間以弱的范德華力結合，鋰可以嵌在碳層之間；以及非石墨碳材包括硬碳和軟碳(如焦碳系)等，其中硬碳不易石墨化，是一種與石墨不同的近似非晶結構的碳材料，晶體尺寸較小，通常在幾個納米以下，呈無規則排列，有細微空隙存在，嵌鋰容量高，但一般第一周充放電效率低，循環性能差。由于石墨系的重量能量密度較高且材料本身的結構具有較高的規則性，所以第一次放電的不可逆電容量會較低，另外石墨系負極材料具有平穩工作電壓作用，對電子產品的使用和充電器的設計較具優勢。因而，現有的商品化鋰離子電池大多采用石墨類負極材料，就是因為此類材料具有循環壽命長以及低成本的優勢。

但是，石墨類負極材料理論容量較低，只有372mAh/g，循環穩定性差、高倍率充放電易引起容量的降低，已經無法滿足日益發展的便攜電子設備，儲能設器件及電動汽車等對于能量密度、高倍率充放電性能的要求。

因此，發展具有高能量密度、高倍率、高循環穩定性的新型鋰離子電池負極材料顯得越來越迫切，已成為領域內眾多前沿科研人員廣為關注的焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鋰離子二次電池負極及其制備方法、鋰離子二次電池，本發明通過一步法，得到了一體化的鋰離子二次電池負極具有較高的孔道利用率和連通性，較強的傳質能力，提高了充放電利用率和循環次數，而且具有可彎曲的性能。

本發明提供了一種鋰離子電池負極的制備方法，包括以下步驟：

A)在保護性氣氛下，將金屬材料置于三聚氰胺上方，經過焙燒后，得到鋰離子電池負極；

所述金屬材料包括鐵、鎳和鐵鎳合金中的一種或多種。

優選的，所述焙燒的溫度為600～800℃；

所述焙燒的時間為2～4h；

所述焙燒的升溫速率為5～8℃/min。

優選的，所述金屬材料的形狀包括箔狀和/或網狀；

所述金屬材料包括不銹鋼。

優選的，所述步驟A)具體為：

A1)先將三聚氰胺先放入焙燒設備的方舟中，然后將透氣多孔材料覆蓋在方舟上，再將金屬材料置于透氣多孔材料上；

A2)在保護性氣氛下，經過焙燒后，得到鋰離子電池負極。

優選的，所述透氣多孔材料包括碳紙、碳布、玻璃纖維和石棉網中的一種或多種；

所述三聚氰胺和所述金屬材料的質量比為(1～5)：1。

本發明提供了一種鋰離子電池負極，包括金屬材料和復合在金屬材料表面的氮摻雜碳納米管；

所述金屬材料包括鐵、鎳和鐵鎳合金中的一種或多種。

優選的，所述金屬材料的形狀包括箔狀和/或網狀；

所述氮和碳的摩爾比為1：(10～20)。

優選的，所述氮摻雜碳納米管具有空心管結構；

所述碳納米管的長度為5～10μm；

所述碳納米管的直徑為50～150nm。

優選的，所述氮摻雜碳納米管為氮摻雜碳納米管陣列；

所述鋰離子電池負極具有多級的孔道結構。

本發明還提供了一種鋰離子電池，包括上述技術方案任意一項所制備的鋰離子電池負極或上述技術方案任意一項所述的鋰離子電池負極、隔膜和正極。