[发明专利]一种用于插电式混合动力汽车的锂离子电池及其负极

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于插电式混合动力汽车的锂离子电池及其负极。

背景技术

随着化石能源的枯竭和温室气体排放导致的全球气候变化和人们对环境保护的日益重视，汽车将朝着电动化方向发展。纯电动、插电式混合动力和混合动力将逐步取代传统的以内燃机为单一动力的汽车。其中，插电式混合动力汽车能大幅度提高燃油经济性、减少温室气体排放，同时又具有与传统汽车相当的续航里程，因此成为汽车电动化的最重要的方向之一。

锂离子电池由于其能量密度高、功率密度高、能量效率高、自放电小和环保等优点已成为目前包括插电式混合动力等在内的电动车的最有竞争力的能源存储系统。一般地，插电式混合动力电池在较高的充电状态(SOC)以电量消耗模式(纯电动模式)工作，而在较低充电状态(SOC)以电量保持模式(混合动力模式)工作。插电式混合动力汽车电池除了要求较高的重量比/体积比能量密度外，还要求具有较高的功率。特别是在混合动力模式下，插电式混合动力汽车电池不仅要求高倍率放电，也同时要求较高倍率充电，以最大限度地回收再生制动动能，提高汽车燃油经济性。

锂离子电池一般包括正极、负极、间隔于正极和负极之间的隔膜，以及电解液。目前，锂离子电池的负极中使用的负极活性材料主要包括石墨(包括人造石墨和天然石墨)、非晶态/低结晶碳(硬碳和软碳)和钛酸锂。采用不同的负极活性材料，其能量密度和最大充电电流不同。就能量密度而言，石墨＞非晶态/低结晶碳＞钛酸锂。而就最大充电电流而言，石墨＜非晶态/低结晶碳＜钛酸锂。

基于以上考虑，本发明旨在提供一种同时具有较好的能量密度和较大的充电电流的用于插电式混合动力汽车的锂离子电池及其负极。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种同时具有较好的能量密度和较大的充电电流的用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极，包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极膜片，所述负极膜片包括粘接剂、导电剂和负极活性物质，所述负极活性物质为石墨和低结晶碳/非结晶碳的混合物，所述石墨的粒径D50为16～22um，所述低结晶碳/非结晶碳的粒径D50为8～14um，所述低结晶碳/非结晶碳占所述负极活性物质总重量的比重小于30％。

若石墨的粒径太大，则会导致锂离子电池的倍率性能不好；而若石墨的粒径太小，则会使负极极片的压实太小，导致锂离子电池体积能力密度低，可逆容量小。若低结晶碳/非结晶碳的粒径太大，会导致锂离子电池的首次效率低，而若低结晶碳/非结晶碳的粒径太小，则会使负极极片的压实太小，导致锂离子电池体积能力密度低。若低结晶碳/非结晶碳占所述负极活性物质总重量的比重大于30％，会使锂离子电池的能量密度和容量有较大损失。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述石墨为天然石墨和/人造石墨。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述低结晶碳/非结晶碳为软碳和/或硬碳。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述低结晶碳/非结晶碳的(002)晶面的晶格d002大于0.34nm。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述低结晶碳/非结晶碳占所述负极活性物质总重量的比重为8％～30％。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述低结晶碳/非结晶碳占所述负极活性物质总重量的比重为12％。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述石墨的粒径D50为18um。

作为本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极的一种改进，所述低结晶碳/非结晶碳的粒径D50为12um。

相对于现有技术，本发明用于插电式混合动力汽车的锂离子电池负极具有如下优点：

一方面，低结晶碳/非结晶碳材料的电位较石墨高，混入少量低结晶碳/非结晶碳材料时，负极电位在低SOC下将有效提高；

另一方面，低结晶碳/非结晶碳材料具有更高的有效电化学活性比表面和锂离子扩散系数，并且其与石墨的协同效应也能有效提高负极电极的电子导电性。特别是两种活性材料中低结晶碳/非结晶碳重量较小时(小于30wt％)，能量密度损失不大，而功率密度和最大充电电流能有大幅度的提高，特别是低SOC(充电状态)下的最大充电电流，特别适合用于插电式混合动力汽车电池。