[發明專利]一種石墨負極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯

在審

• 申請號: 201711371043.0
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108365167A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 張曉琨;宋世湃
• 申請（專利權）人: 成都亦道科技合伙企業（有限合伙）
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/0562
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種石墨負極結構組合及其制備方法。一種石墨負極結構組合，包括負極結構和形成在所述負極結構上的表面修飾層，所述負極結構包括負極集流體和形成在所述負極集流體上的石墨負極層，所述負極集流體、石墨負極層和表面修飾層疊加設置，所述石墨負極層包括石墨活性材料，所述表面修飾層包括具有離子傳導特性的鋰化合物。表面修飾層作為穩定的人造的SEI膜能很好的減少充電循環過程中鋰離子的損失，提高首次充放電的庫倫效應，提高石墨負極層的比容量密度，同時表面修飾層能很好的阻止大分子基團隨著鋰離子嵌入到石墨負極層中，避免石墨剝離，維持負極結構的結構穩定性，使其具有穩定的導電性能。

【技術領域】

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種石墨負極結構組合及其制備方法、鋰電池電芯。

【背景技術】

自1990年鋰電池實現商業化以來，鋰電池被廣泛應用于3C、電動車和儲能領域。負極材料作為鋰電池的重要組成部分，直接影響著鋰電池的比容量、能量密度、循環壽命和電池內阻。目前商業化鋰電池負極活性材料為石墨，這主要是因為在電池充放電過程中，石墨負極的體積變化較小。此外鋰電池在充放電過程中，石墨負極與電解質之間界面處會生成一層固態電解質膜(SEI膜)，SEI膜只允許鋰離子通過。SEI膜的主要作用阻止大分子基團隨鋰離子嵌入到石墨負極中，避免石墨剝離，維持電池循環穩定性。但是SEI膜的形成會消耗部分鋰離子，造成鋰離子的損失，降低電池庫倫效率，SEI膜的主要成分為含鋰的化合物。SEI膜的好壞直接影響著電池不可逆容量損失、倍率性能、循環性能、石墨剝離以及電池安全性能等。目前的研究人員主要是通過電解液添加劑來促進SEI膜的穩定形成，Aurbach等人通過在1MLiAsF₆/EC:DMC(1:1)中加入5％的VC，使得石墨/Li在60℃下所獲得的實際容量可達334mAh/g，且經歷20周循環后容量仍然高達324mAh/g，明顯高于不含VC時的實際容量208mAh/g。但是在SEI膜生成過程中仍會有鋰損失，造成首次庫倫效率較低。因此如何形成穩定的SEI膜將是石墨基負極鋰電池提高比容量和循環穩定性的關鍵問題。

【發明內容】

為克服目前石墨基負極鋰電池能量密度低和循環穩定性差的問題，本發明提供一種循環穩定性好，比容量密度高的石墨負極結構組合及其制備方法。

本發明為了解決上述技術問題，提供一技術方案：一種石墨負極結構組合，包括負極結構和形成在所述負極結構上的表面修飾層，所述負極結構包括負極集流體和形成在所述負極集流體上的石墨負極層，所述負極集流體、石墨負極層和表面修飾層疊加設置，所述石墨負極層包括石墨活性材料，所述表面修飾層包括具有離子傳導特性的鋰化合物。

優選地，所述表面修飾層包括的具有離子傳導特性的鋰化合物為鹵化鋰(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化鋰(Li₃N)、磷化鋰(Li₃P)、Li₂A(A＝O、S、Se等)、磷酸鋰(Li₃PO₄)、碳酸鋰(Li₂CO₃)、鋰磷氧氮型固態電解質(LiPON)、鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、石榴石型的Li₇La₃Zr₂O₁₂、或者Li₇La₃Zr₂O₁₂改性摻雜物中的任一種。

優選地，所述表面修飾層的厚度為20-120nm。

優選地，本發明為了解決上述技術，提供另一技術方案：一種石墨負極結構組合的制備方法，包括以下步驟：提供形成有石墨負極層的負極集流體，然后在石墨負極層上遠離負極集流體一側利用物理氣相沉積法形成所述表面修飾層，所述表面修飾層包括具有離子傳導特性的鋰化合物。