[發明專利]一種高容量長壽命負極材料及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011252231.3
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112382762A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王盼;楊萬光;江船
• 申請（專利權）人: 廣東天勁新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48;H01M50/44;H01M50/411;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市深聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44357
• 代理人: 張琪

本發明公開一種高容量長壽命負極材料及鋰離子電池，該負極材料由納米SnO₂/石墨烯/碳納米管復合而成，其中，三者的質量比為：(5?7):(2?4):1；該負極材料的制備以商品化的氧化錫SnO₂，石墨烯以及碳納米管為原材料，通過高能球磨法制備SnO₂/石墨烯/碳納米管復合材料。此方法制備的負極材料，可比容量可高達635mAh/g，按照本發明制備的負極以及NCA正極和無紡布隔膜制備的聚合物軟包電池，電池的質量能量密度可提升高達390Wh/kg，同時提升了電池的循環性能。

技術領域

本發明涉及負極材料及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種高容量長壽命負極材料及鋰離子電池。

背景技術

隨著動力電池使用的多樣化，隨著動力電池使用的多樣化，消費者對設動力電池的能量密度要求也越來越高。研發高容量型高能量密度鋰離子電池，主要是通過開發高容量三元正極與之匹配高容量長壽命的負極材料來解決高容量密度問題。

碳材料受理論比容量(372mAh/g)的限制，比容量很難進一步提高。錫基氧化物具有高比容量(1494mAh/g)和低嵌鋰電勢(1.0VvsLi/Li⁺)，但是他存在一些缺點，如首次充放電過程中體積膨脹嚴重，循環期間鋰離子的反復嵌入與脫出過程中易出現“粉化”和“團聚”現象，這些都導致錫的氧化物電化學性能迅速下降，為解決此問題，需要對錫基氧化物進行改性，SnO₂/石墨烯/ 碳納米管(CNT)復合材料，從而獲得高容量長壽命的鋰離子負極材料。

產業化NCA正極材料(LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂)，比容量190mAh/g左右， NCA材料具有較好的容量保持率，特別是Al的摻入則可以一定程度上改善材料的結構穩定性，從而改善循環穩定性。此外，Co和Al的復合能促進Ni²⁺的氧化，抑制材料晶體結構從H2到H3的不可逆相變，從而提高材料本身的循環穩定性。

高鎳體系滿電狀態下的熱穩定性差，導致電池的安全性下降，需配合使用無紡布隔膜，高安全電解液進行體系優化。

目前氧化錫應用于鋰離子動力電池存在的主要問題是容量衰減嚴重，導致氧化錫容量衰減快的主要原因是由鋰離子的嵌入和脫出引起的氧化錫結構不穩定，有鑒于此，本發明基于此而研發氧化錫的包覆改性以及鋰離子電池的制備。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種高容量長壽命負極材料及鋰離子電池。

首先，本發明提供了一種高容量長壽命負極材料，由納米SnO2/石墨烯/ 碳納米管(CNT)復合而成，其中，三者的質量比為：(5-7):(2-4):1。

優選地，該負極材料的制備方法為：以商品化的氧化錫SnO₂，石墨烯以及碳納米管(CNT)為原材料，通過高能球磨法制備SnO₂/石墨烯/碳納米管 (CNT)復合材料。

通過球磨后的SnO₂顆粒明顯細化，尺寸從微米級別降到納米級別，并有效的嵌入到石墨層中，同時，CNT也均勻的分散在復合材料中，形成了良好的導電網絡。石墨起到了緩沖體積膨脹的作用，而CNT作為優良導電劑的同時，其特殊的管狀結構和較大的比表面積，能夠有效吸收和儲存電解液，并改善負極抵抗破壞的能力。

另外，本發明還提供應用上述負極材料的鋰離子電池，包括：正極片、電解液、隔膜、及上述負極片。

優選地，所述正極片包括鋁箔、正極活性物質、導電劑、粘結劑；所述負極片包括銅箔、負極活性物質、粘結劑；所述正極活性物質為高鎳的三元材料NCA正極材料(LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂)；