CN103746102A - 一种高电压锂离子电池及其负极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压锂离子电池及其负极材料。高电压锂离子电池包括铝外壳和设置于铝外壳内部的卷芯，所述卷芯由正极片、负极片、隔膜纸卷绕而成，隔膜纸隔开正极片和负极片；所述正极片包括正极集流体，正极集流体上涂覆有镍钴酸锂材料层；所述铝外壳顶部设置有上盖铆钉负极，铝外壳底部设置有底部正极，其特征在于：所述负极片包括负极集流体，负极集流体上涂覆有负极材料层，负极材料层包含有表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化的硬炭，硬炭的碳层间距大于0.37nm；具有良好结构稳定性和良好性能。

Description

一种高电压锂离子电池及其负极材料
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高电压锂离子电池及其负极材料。
背景技术
目前，商业化锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、高倍率充电以及长寿命等特点，被广泛应用产品广泛适用于手机、数码相机、摄录机、笔记本电脑、移动DVD、MP3、
MP4、航模飞机、电动工具及PDA等便携式电子产品中。近年来，各种电子产品逐渐向小型化、智能化、功能多样化和快节奏应用化发展，这对锂离子电池的性能、快速充电及能量密度提出了更高的要求。提高电池的充电电压、可以在不增加电池中活性物质条件下有效提高电池容量。
然而，由于石墨层间距（d002≤0.35nm）小于石墨嵌锂化合物LixC6的晶面层间距，致使在高电压循环及快充过程中，石墨层间距改变，易造成石墨层剥落、粉化，还会发生锂离子与有机溶剂分子共同嵌入石墨层及有机溶剂分解，使得锂离子形成堆积，表面层锂离子浓度越来越低，非常容易发生结构塌陷，导致电池的循环性能越来越差及其严重恶化，从而不能有效提高在高电压下的结构稳定性。
在高电压循环及快充过程中，由于脱出过多锂离子嵌入负极石墨中，作为目前主流负极活性物质的石墨粉的层间距较小，在高电压有快充过程中，使得锂离子无法嵌入，表面层锂离子浓度越来越低，从而不能有效提高在高电压下的结构稳定性的问题。 
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种在高电压下循环及快充过程中，具有良好结构稳定性的锂离子电池负极材料及使用该负极材料的具有良好性能的高电压锂离子电池。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高电压锂离子电池，它包括铝外壳和设置于铝外壳内部的卷芯，所述卷芯由正极片、负极片、隔膜纸卷绕而成，隔膜纸隔开正极片和负极片；所述正极片包括正极集流体，正极集流体上涂覆有镍钴酸锂材料层；所述铝外壳顶部设置有上盖铆钉负极，铝外壳底部设置有底部正极，其特征在于：所述负极片包括负极集流体，负极集流体上涂覆有负极材料层，负极材料层包含有表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化的硬炭，硬炭的碳层间距大于0.37nm。
一种高电压锂离子电池负极材料，该负极材料按如下重量百分比进行配比：
    硬炭：90%～96%
    导电剂：3%～5%
  粘结剂：1%～5%；
所述硬炭表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化，硬炭的碳层间距大于0.37nm。
本发明有益效果为：本发明所述一种高电压锂离子电池及其负极材料，具有良好结构稳定性和良好性能。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的一种高电压锂离子电池，它包括铝外壳1和设置于铝外壳1内部的卷芯，所述卷芯由正极片4、负极片5、隔膜纸6卷绕而成，隔膜纸6隔开正极片4和负极片5；所述正极片4包括正极集流体，正极集流体上涂覆有镍钴酸锂材料层；所述铝外壳1顶部设置有上盖铆钉负极2，铝外壳1底部设置有底部正极3，其特征在于：所述负极片5包括负极集流体，负极集流体上涂覆有负极材料层，负极材料层包含有表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化的硬炭，硬炭的碳层间距大于0.37nm。电池正极片4包括钴酸锂、导电剂、粘结剂和正极集流体。本发明所述的一种高电压锂离子电池的制作工艺流程为：配料、涂布、烘烤、辊压、电池极片制作、烘烤、正负极卷绕、上盖装配激光焊、烘烤、注液、化成、分容。
其中，镍钴酸锂材料层按以下材料重量百分比配比：
  钴酸锂：90%～96%
  导电剂：2%～5%
  粘结剂：2%～5% 。
本发明所述一种高电压锂离子电池负极材料，该负极材料按如下重量百分比进行配比：
    硬炭：90%～96%
    导电剂：3%～5%
    粘结剂：1%～5%；
所述硬炭表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化，硬炭的碳层间距大于0.37nm，碳层间距大，改变修饰了石墨表面形态。
硬炭的碳层间距由于大于0.37nm，有利于在碳层之间扩散锂离子，有利于高电压循环及进行快速充电，在4.40V或以下时可以保持非常稳定的层状结构，使在高电压循环及快充过程中，使得锂离子有效嵌入负极材料中，当正极材料过量时，仍会保持有效的循环性能，表面层锂离子在充放过程中得到有效控制，从而有效提高在高电压下的结构稳定性。
本发明提供一种在高电压下循环及快充过程中具有良好结构稳定性的锂离子电池负极材料，克服在高电压循环及快充过程中，由于脱出过多锂离子嵌入负极石墨粉中，作为目前主流负极活性物质的石墨粉的层间距较小，在高电压及快充过程中，使得锂离子无法嵌入，表面层锂离子浓度越来越低，从而不能有效提高在高电压下的结构稳定性的问题。本发明适用于二次电池的制备技术，适用于在高电压下高倍率快速充电特性及循环过程中具有良好结构稳定性的锂离子电池负极材料及使用该负极材料的锂离子电池。
本发明所述的高电压锂离子电池负极材料通过其层间距大、修饰表面形态的特点，不仅可以提高高电压下表面层的结构稳定性，防止结构塌陷，从而提高电池的循环性能，使得电池在具有较好的电性能的同时，具有较好的高电压循环性能。
下表是电池各种类型负极材料的性能比较。
本发明方法制造的高电压锂离子电池负极材料，容量高、安生性能稳定，也大大提高了生产效率，降低材料成本。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (2)

1.一种高电压锂离子电池，它包括铝外壳（1）和设置于铝外壳（1）内部的卷芯，所述卷芯由正极片（4）、负极片（5）、隔膜纸（6）卷绕而成，隔膜纸（6）隔开正极片（4）和负极片（5）；所述正极片（4）包括正极集流体，正极集流体上涂覆有镍钴酸锂材料层；所述铝外壳（1）顶部设置有上盖铆钉负极（2），铝外壳（1）底部设置有底部正极（3），其特征在于：所述负极片（5）包括负极集流体，负极集流体上涂覆有负极材料层，负极材料层包含有表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化的硬炭，硬炭的碳层间距大于0.37nm。
2.一种高电压锂离子电池负极材料，其特征在于：该负极材料按如下重量百分比进行配比：
    硬炭：90%～96%
    导电剂：3%～5%
  粘结剂：1%～5%；
所述硬炭表面氧化、颗粒分层化和颗粒细化，硬炭的碳层间距大于0.37nm。
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