[发明专利]一种锂离子电池负极浆料、其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极浆料、其制备方法和用途，所述的负极浆料包括导电剂和负极材料，所述的导电剂包括零维导电剂、一维导电剂和二维导电剂的组合；所述负极材料的表面包覆玻璃态快离子导体。本发明通过在负极材料的表面包覆玻璃态快离子导体，可加强锂离子在固体电极活性物质和液态电解液之间的传递，有效降低电池在充放电过程中的电荷转移电阻；此外，导电剂采用零维、一维和二维导电剂相结合，利用不同结构导电剂的特点，构建立体有效的“点‑线‑面”导电网络，可充分发挥不同导电剂之间的协同效应；利用该锂离子电池负极浆料制备负极极片，可显著提高负极极片的倍率性能以及循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及锂离子电池负极浆料，尤其涉及一种锂离子电池负极浆料、其制备方法和用途。

背景技术

随着消费电子和电动汽车行业的快速发展，对新型电池的性能提出了更高的要求，不仅对锂离子电池的能量密度要求越来越高，而且对电池的充、放电速度要求也越来越高。其中，为了实现更长的待机时间和续航里程，研究者不断尝试提高电池能量密度的方法，目前，在保持或提高电池性能的同时，尽量减少非活性成分的比例是一种常用的解决策略。包括：(1)采用用更薄的封装材料、隔膜以及集流体；(2)使用高负载、高压实的电极。第一种方法在短时间内改进相对较难，并会导致电池性能恶化，存在潜在危险，需要对成本和安全性能进行仔细评估；而采用高负载、高压实的电极设计，可以大幅度增加活性材料量，从而能够提升电池的能量密度。

实际上，随着高压实电极厚度的增加，电池的能量密度增长速度越来越慢，甚至达到一定厚度以后开始负增长，高倍率充放电情况下尤其突出，这是因为增加电极厚度会增加电荷(电子和离子)的传输距离，导致电池内阻显著增加；此外，厚电极的电荷传输动力学较差，其需要更多的时间使锂离子到达电极内的所有存储位点以防止锂单质的析出，最终会导致倍率性能恶化和阻碍能量密度的提升。

对于上述问题，目前常见的有以下解决方案：

(a)通过设计具有三明治结构的负极极片，极片由多层活性物质膜片组成，其中每层活性物质膜片之间有导电纤维层或者导电储液层连接，导电物质为零维/一维/二维的导电炭黑、碳纤维、石墨烯或者碳纳米管等导电材料，来解决厚电极电子导电性差的问题，但此类方案仍存在离子导电性差的问题尚未解决。

(b)运用各种造孔剂以及造孔设备在极片内部及表面造孔，以增加极片的孔隙率，显著减小Li⁺浓差极化，提高极片倍率性能。由于极片内部孔隙的迂曲度随厚度的增加呈几何倍数增加，因此为了提升锂离子的纵向传输必然需要极大的增加极片孔隙率，但极片孔隙率的提升必然会降低极片的压实密度进而影响电池的体积能量密度。

(c)利用在负极活性物质中添加非活性的快离子导体，由于非活性快离子导体具有高度的锂离子亲和性，锂离子可选择性的在快离子导体表面或者快离子导体和电解液的界面传输，这样便可在高压实、高负载的情况下，通过添加快离子导体有效改善负极极片内锂离子的传输能力。然而非活性快离子导体的简单混合虽然可以一定程度上提高极片的锂离子传输能力，但是由于其添加量的限制，简单的混合造成极片成分分布不均匀，因此提升能力有限，而且电子电导率的传输也未能得到优化。

CN108110220A公开了一种高负载量高压实密度锂离子电池极片制备方法，其包括步骤：将涂布后的高负载量电极片依次进行分切和模切工序，然后再进行辊压工序，得到高压实密度的电极片。该制备方法通过对高压实密度电极片依次进行分切、模切和辊压，使锂离子电池具有更高的负载量、更高的压实密度、更低的成本和解决辊压极卷断裂问题。