[發明專利]一種包含石墨烯/纖維素復合材料的鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710390786.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN108933236B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 周建軍;胡志宇;李林;方芳
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;牛艷玲

本發明公開了一種鋰離子電池用負極、正極和鋰離子電池及其制備方法，所述負極包括負極片和負極片一側表面上的石墨烯/纖維素復合材料層；所述正極包括正極片和正極片一側表面上的石墨烯/纖維素復合材料層；所述石墨烯/纖維素復合材料層包括石墨烯和纖維素；所述涂層可以有效抑制負極極片表面枝晶的生長，提高電池循環性能及安全性能；所述涂層可以有效降低極片表面與電解液直接的界面內阻，可提高對應電池的容量；采用所述負極和/或正極制備得到的鋰離子電池具有較高的循環容量及循環穩定性，且具有良好的循環安全性能。所述鋰離子電池的制備方法簡單，反應條件溫和，制作周期短，可以實現大規模工業化的生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種包含石墨烯/纖維素復合材料的鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。

鋰離子電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現代高性能電池的代表。其以體積小、重量輕、工作電壓高、比能量大、循環壽命長、無污染等優點而備受研究者的青睞。可廣泛應用于航空航天、電子器件、日常生活的各個領域中。但是，以目前的工藝制備得到的鋰離子電池的能量密度和理論容量都相對較低，已經不能滿足人們的需要；不僅如此，長時間使用后，金屬鋰在負極上會結晶形成樹枝狀的金屬鋰——枝晶；當所述枝晶生長到一定程度便會刺破隔膜，造成電池內部短路，嚴重威脅人身安全，這嚴重限制了鋰離子電池使用壽命的延長、能量密度和理論容量的提高。

目前，為了抑制枝晶的生長，主要有制備具有三維立體網絡結構的負極體系，在負極表面增加修飾層，在電解液中添加有效助劑，發展有機、無機固態電解質，改性現有隔膜增加其對枝晶的耐受程度等多種方法，其中在現有負極表面做出修飾的方法相對實用性較高，操作更為簡便，從而廣受關注。負極修飾層的材料選取備受重視，這其中包括玻璃纖維等各類材料。目前選用的材料雖然可以有效減少枝晶的生成，但是對電池的循環性能有較大影響，同時還會顯著增加電池的重量。

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是已知的最薄、最堅硬的納米材料，具有超輕薄、超高的力學強度、獨特的氣阻性、高比表面積和表面活性，并兼具了普通石墨耐高溫、耐腐蝕、高潤滑的特性。單層石墨烯理論厚度0.334納米，導熱系數極高、電子遷移速度極快，是目前電阻率最低的材料，因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管，是當前世界重點研發和生產的新型導電、導熱材料，未來將廣泛應用于移動設備、航空航天、新能源電池、生物醫藥等工業領域。納米級石墨微粒子是采用特殊技術、輔以先進生產工藝將純天然鱗片石墨經長時間研磨、高速離心分離、凝析、壓濾而制的，是優質石墨烯生產的新型材料。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的之一是提供一種鋰離子電池用負極，所述負極包括負極片和負極片一側表面上的石墨烯/纖維素復合材料層，所述石墨烯/纖維素復合材料層包括石墨烯、纖維素和其他助劑。

本發明的目的之二是提供一種鋰離子電池用正極，所述正極包括正極片和正極片一側表面上的石墨烯/纖維素復合材料層，所述石墨烯/纖維素復合材料層包括石墨烯、纖維素和其他助劑。

本發明的目的之三是提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述的鋰離子電池用負極和/或上述的鋰離子電池用正極。