[发明专利]高能量密度快速充电锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种能够以至少2C的C速率以80％的容量保持率进行充放电的快速充电锂离子电池，其包括快速充电石墨基的阳极、一阴极和一隔离膜，其中，所述阳极包括一阳极集电器和一快速充电石墨层,其沉积在所述阳极集电器的至少一个表面上，所述快速充电石墨具有等于或大于0.3374nm的晶格常数；所述快速充电石墨还具有拉曼光谱下D峰(D‑band)与G峰(G‑band)积分面积比(I_D/I_G)在0.03‑0.3范围内,同时在扫描电子显微镜下，所述快速充电石墨还具有板状晶体结构的表面形貌。所述阴极包括一阴极集电器和一种或多种活性材料,其沉积在所述阴极集电器的至少一个表面上。

技术领域

本发明属于一般快速充电锂离子电池领域。

背景技术

汽车的广泛电气化和消费电子产品的发展需要耐用的快速充电锂离子电池，在所有天气条件下,该锂离子电池可以在几分钟内充电到荷电状态(SOC)的80％。电池的使用寿命也应足够长，以降低电动汽车或消费电子设备长期应用的总成本。从安全性和使用寿命的角度来看，锂离子电池在快速充电和低温充电过程中，不应在阳极表面生长锂枝晶。

应用于智能手机和笔记本电脑等消费电子产品的传统电池，总是以低于1C的C速率缓慢充电，其中1C是指充电或放电率等于在一小时内电池的容量。这些电池有可能以高于1C的速率快速充电，但在快速充电下，这些电池可能无法保持较大的容量比。此外，经过快速充放电循环后，电池的寿命将大大缩短。

发明内容

因此，本发明提供了一种快速充电锂离子电池，包括一快速充电石墨基的阳极、一阴极和一隔离膜，其中所述阳极包括一阳极集电器和一快速充电石墨层,其沉积在所述阳极集电器的至少一个表面上，所述快速充电石墨具有等于或大于0.3374nm的晶格常数；所述阴极包括一阴极集电器和一种或多种活性材料,其沉积在所述阴极集电器的至少一个表面上。

在扫描电子显微镜下，根据本发明实施例的所述快速充电石墨具有板状晶体结构(或片状)的表面形貌。

在一个实施例中，所述快速充电石墨具有X射线衍射峰在26.35°2θ处。

在另一实施例中，所述快速充电石墨的拉曼光谱积分面积比(I_D/I_G)在0.03-0.3范围内，其中在633nm的激光波长下,用拉曼光谱测量了G峰(G-band)积分面积的峰值强度在1300～1400cm^-1之间，D峰(D-band)积分面积的峰值强度在1530～1650cm^-1之间。

在又一实施例中，所述快速充电石墨的拉曼光谱D峰与G峰之比约为0.054。

在其它实施例中，所述快速充电石墨的粒径为5～30μm，其中60％以上的所述快速充电石墨小于20μm。

在另一个实施例中，沉积在所述阴极集电器上的一种或多种活性材料包括LiFePO₄,LiMnO₂,LiCoO₂,LiNi_xMn_yO₂ and LiNi_0.1xCo_0.1yMn_0.1zO₂，其中x＝1～10；y＝1～10；z＝1～10。

在另一实施例中，所述隔离膜包括在其至少一个表面上具有或不具有陶瓷材料的PP和PE层。

在其他实施例中，所述隔离膜的厚度为5～40μm。

还提供了一种用于形成所述快速充电石墨基阳极的石墨浆料配方，其包含本发明的所述快速充电石墨、super P、羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)。