[發(fā)明專利]負極層及其制備方法、鋰電池電芯及鋰電池

有效

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108134049B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 張曉琨
• 申請（專利權）人: 成都大超科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市智享知識產(chǎn)權代理有限公司 44361
• 代理人: 馮彬彬

本發(fā)明涉及鋰電池領域，特別涉及負極層及其制備方法、鋰電池電芯及鋰電池。所述制備方法中，先在集流體表面上形成金屬混合物，然后將金屬混合物加熱至180?220℃，并獲得由Al、Cu或Ni元素中一種或幾種組合的金屬或金屬化合物形成的混合金屬骨架以及熔融填充在混合金屬骨架中的鋰金屬。上述混合金屬骨架可提高鋰金屬在所述負極層中分布的均勻性。所述負極層形成于所述集流體一表面上，所述負極層中所述混合金屬骨架可為所述負極層中的鋰金屬提供支撐骨架。具有上述負極層的鋰電池可在鋰離子遷移的過程中，避免負極層的結構發(fā)生改變或坍塌，從而可延長鋰電池的循環(huán)壽命。

【技術領域】

本發(fā)明涉及鋰電池領域，特別涉及一種負極層及其制備方法、鋰電池電芯及鋰電池。

【背景技術】

與傳統(tǒng)電極相比，鋰金屬負極具有較高的理論容量(3680mAh/g)和較低的電化學勢(－3.04V)。然而現(xiàn)有的金屬鋰電極易與現(xiàn)有電解液發(fā)生反應，在循環(huán)過程中容易生長鋰枝晶、體積變化較大，安全性與循環(huán)性能存在缺陷。

一般金屬鋰負極均采用包覆的方式來保護鋰金屬負極，但是這種方法無法解決鋰金屬在使用過程中體積變化較大和產(chǎn)生死鋰區(qū)的問題。本發(fā)明提供了一種具有充放電過程中體積變化小、離子電導率與電子電導率較高、穩(wěn)定性較好、循環(huán)壽命長的鋰金屬負極。

【發(fā)明內(nèi)容】

為克服現(xiàn)有鋰電池中負極性能不佳的問題，本發(fā)明提供了一種負極層及其制備方法、鋰電池電芯及鋰電池。

本發(fā)明為解決上述技術問題提供一技術方案如下：一種負極層制備方法，步驟Q11，提供一集流體作為基底；步驟Q12，提供含有Li元素的金屬或金屬化合物，及提供含有Al、Cu或Ni元素中一種或幾種組合的金屬或金屬化合物，以在集流體表面上形成金屬混合物；及步驟Q13，將金屬混合物加熱至180-220℃，以使其中的鋰金屬熔融，并獲得由Al、Cu或Ni元素中一種或幾種組合的金屬或金屬化合物形成的混合金屬骨架以及熔融填充在混合金屬骨架中的鋰金屬。

優(yōu)選地，上述步驟Q12中，具體包括以多元共蒸發(fā)或多元共濺射的方式，在集流體表面上形成金屬混合物。

優(yōu)選地，上述步驟Q13中，所述混合金屬骨架中Al、Cu或Ni元素中一種或幾種組合的金屬顆粒或金屬化合物顆粒之間形成空隙，所述熔融金屬鋰填充在所述空隙中。

本發(fā)明為解決上述技術問題提供又一技術方案如下：一種負極層，其包括集流體基底及形成在其表面的負極層，所述負極層包括混合金屬骨架及熔融填充在混合金屬骨架中的鋰金屬，所述混合金屬骨架，所述混合金屬骨架由Al、Cu或Ni元素中一種或幾種組合的金屬或金屬化合物形成。

優(yōu)選地，所述混合金屬骨架中金屬顆粒和/或所述金屬化合物顆粒之間形成空隙，熔融的鋰金屬填充在所述空隙中。

優(yōu)選地，所述負極層的所述混合金屬骨架中空隙的體積占所述負極層的總體積的20％-90％；所述鋰金屬的質(zhì)量占所述負極層的總質(zhì)量的10％-90％

本發(fā)明為解決上述技術問題提供又一技術方案如下：一種鋰電池電芯，其包括負極結構，所述負極結構包括集流體及如上所述負極層，所述負極層形成于所述集流體的一主表面之上。優(yōu)選地，所述鋰電池電芯還包括正極結構及設置在所述正極結構與負極結構之間的固態(tài)電解質(zhì)層。

本發(fā)明為解決上述技術問題提供又一技術方案如下：一種鋰電池，其包括至少兩個連續(xù)疊層設置如上所述鋰電池電芯，直接疊加設置的至少兩個鋰電池電芯之間共用一正負共極集流體，該正負共極集流板包括兩個相對的主表面，其中一個主表面上形成所述正極層，以作為其中一鋰電池電芯的正極結構，另一主表面上形成負極層，以作為另一鋰電池電芯的負極結構。

優(yōu)選地，共用一正負共極集流體的兩個鋰電池電芯之間為串聯(lián)連接；所述鋰電池還包括封裝結構，定義與多個所述鋰電池電芯的疊加方向平行的鋰電池電芯的表面為側面，所述封裝結構圍設在所述鋰電池電芯的側面。