[發(fā)明專利]一種鋰離子二次電池負(fù)極及其制備方法、鋰離子二次電池

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010014686.5
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN113161518A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪曄;胡倩倩;董海勇;吳春宇;長世勇
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳眾鼎專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙) 44325
• 代理人: 譚果林

本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池負(fù)極，及其制備方法和鋰離子二次電池負(fù)極。該鋰離子二次電池負(fù)極由三部分組成：銅集流體、負(fù)載于銅集流體之上的八硫化九鈷納米顆粒以及包裹在八硫化九鈷顆粒表面的氮摻雜碳薄層。該負(fù)極的制備過程實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料合成和電極制備的有機(jī)結(jié)合，通過二硫化鈷模板和聚丙烯腈在銅箔上的同步熱處理得到八硫化九鈷/碳復(fù)合物，制備方法簡便易行，具備大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景。該負(fù)極利用納米級八硫化九鈷納米顆粒和碳包覆層的協(xié)同作用，有效提高了復(fù)合電極的導(dǎo)電性，并能緩解八硫化九鈷在循環(huán)中的體積膨脹，應(yīng)用于鋰離子二次電池可實(shí)現(xiàn)高比容量及優(yōu)異的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于鋰離子二次電池領(lǐng)域，特別涉及一種電池負(fù)極及其制備方法、鋰離子二次電池。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池負(fù)極是電池的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)與性能直接影響電池的容量和循環(huán)性能。目前商業(yè)化鋰離子二次電池大多采用石墨類材料作為負(fù)極，理論比容量僅為372mAh/g，難以滿足鋰離子二次電池的開發(fā)需求。鈷硫化物(CoS、CoS₂、Co₃S₄、Co₉S₈等)具有高比容量、高導(dǎo)電性和良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢，被認(rèn)為是具有潛力的鋰離子二次電池負(fù)極材料。但是，鈷硫化物在循環(huán)過程中伴隨巨大的體積膨脹，容易導(dǎo)致電極粉化脫落，其電池克容量較低且循環(huán)穩(wěn)定性較差。對鈷硫化物材料進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計被認(rèn)為是改善其電化學(xué)性能的主要途徑之一。

發(fā)明專利CN109360973A“一種硫化鈷/三維氮摻雜大孔石墨烯的制備方法及鋰離子二次電池負(fù)極材料”公開了一種CoS/三維石墨烯復(fù)合材料，CoS均勻負(fù)載在三維大孔石墨烯的孔洞及表面。但硫化鈷在循環(huán)過程中是直接暴露在電解液中的，容易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，循環(huán)過程反復(fù)的體積膨脹容易導(dǎo)致硫化鈷顆粒脫落失去活性。此外，因本發(fā)明采用石墨烯作為復(fù)合材料，成本較高且合成工藝較為復(fù)雜。

發(fā)明專利CN108017094A“一種六邊形硫化鈷/碳復(fù)合材料及其制備方法”公開了一種六邊形硫化鈷微米片，微米片表面包覆一層碳層。它是采用六邊形Co-Al LDHs/聚多巴胺復(fù)合材料與升華硫粉經(jīng)過高溫煅燒的方法合成的。因本發(fā)明采用高溫煅燒法制備硫化鈷，并以聚多巴胺作為碳包覆來源，成本較高且合成工藝較為復(fù)雜。

此外，上述現(xiàn)有技術(shù)所合成的復(fù)合材料后續(xù)均需要與一定量的粘結(jié)劑混合形成漿料，涂覆在銅箔上制成負(fù)極片，工藝較為繁瑣，并且引入的非導(dǎo)電性粘結(jié)劑(如聚偏氟乙烯PVDF等)不利于電極整體導(dǎo)電性的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)中鈷硫化物作為負(fù)極活性材料在充放電過程中因體積膨脹導(dǎo)致極片粉化，以及成本較高且合成工藝復(fù)雜等不利于電池整體電性能的缺陷，提供一種新的結(jié)構(gòu)的鋰離子二次電池負(fù)極，所述負(fù)極成本較低、工藝簡單，可提高電池的綜合電性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池負(fù)極，包括集流體和負(fù)載在所述集流體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括八硫化九鈷(Co₉S₈)納米顆粒，所述八硫化九鈷納米顆粒的表面包覆氮摻雜碳層。

可選的，所述八硫化九鈷納米顆粒的粒徑尺寸為50～500nm，更優(yōu)選為100～300nm，所述氮摻雜碳層的厚度為1～40nm，更優(yōu)選為3～15nm。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種鋰離子二次電池負(fù)極的制備方法，包括如下步驟：

(1)將二硫化鈷粉末和聚丙烯腈粉末加入到有機(jī)溶劑中，攪拌混合，獲得漿料；

(2)將所述漿料涂覆在集流體上并烘干，獲得集流體上涂覆有二硫化鈷和聚丙烯腈的負(fù)極；

(3)在惰性氣氛下，將所述負(fù)極進(jìn)行熱處理，所述熱處理使得二硫化鈷反應(yīng)生成八硫化九鈷納米顆粒，同時使得所述聚丙烯腈熱解成為包覆所述八硫化九鈷納米顆粒的氮摻雜碳層。