[發明專利]鋰電池負極以及鋰電池

在審

• 申請號: 201810347742.X
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN110391394A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 康丹苗;唐堃;馬浩初;高準浩;康利斌
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及鋰電池領域，公開了一種鋰電池負極以及一種鋰電池，該負極包括相鄰的多孔薄膜層和鋰電池負極材料層，相對于厚度為100μm的鋰電池負極材料層，所述多孔薄膜層的厚度為10?200μm，其中，所述多孔薄膜層的制備方法包括：將多孔材料粉末與粘結劑成型，其中，所述多孔材料粉末的比表面積為10?3000m²/g，孔容為0.01?3cm³/g，具有孔徑為1?100nm的納米孔分布。本發明提供的鋰電池負極可以有效避免鋰枝晶生長，具有較長的循環壽命。另外，本發明提供的鋰電池負極，無需額外的集流體，避免了附加的集流體重量造成電池質量增大，從而使能量密度下降。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種鋰電池負極以及一種鋰電池。

背景技術

鋰金屬負極具有3860mAh/g的理論能量密度以及最低的電化學還原電位(-3.04V)，是解決純電動車里程焦慮的最有潛力的方向。然而，鋰金屬在電化學循環過程中易形成枝晶，造成部分金屬鋰的脫落，并可能穿破隔膜導致電池短路，造成巨大的安全隱患，使得鋰金屬電池的發展受到制約。解決鋰金屬負極存在的枝晶問題，是發展高能量密度電池，如Li-S電池，Li-Air等電池的必要前提。

CN104716330A公開了一種用作金屬二次電池負極集流體的三維多孔集流體，所述金屬二次電池指直接使用金屬鋰、鈉和鎂中的一種或多種作為負極的二次電池，所述三維多孔集流體至少一面存在多孔結構且多孔結構用于負載金屬負極，可抑制金屬二次電池負極枝晶的生長，并公開了制備三維多孔集流體的方法，包括如下步驟：將平整銅箔在含氨溶液中浸泡或漂浮10-50h，在其表面生長氫氧化銅，再加熱脫水得到氧化銅，最終在還原氣氛下將氧化銅加熱還原為銅。該方法有效改善了金屬鋰沉積過程的結構，但利用銅作為鋰金屬的集流體，額外增加了電池的質量，不利于電池能量密度的提升。

US2016/0013462A1提出以碳纖維為靶材，在自組裝的聚苯乙烯小球上沉積碳層，再通過高溫碳化將小球去除，最后將碳層轉移至銅箔，從而得到修飾后的銅集流體，從而實現鋰金屬沉積過程的循環壽命提升和過電位下降。該方法中，仍利用銅箔作為鋰沉積的集流體，對于鋰金屬電池而言，相當于在鋰負極之外額外增加了銅箔集流體的質量，削弱了鋰金屬負極高能量密度的優勢。此外，該方法沉積碳層的尺度只有數十個納米，需要精細的控制，且過程較為復雜，實際操作的可行性不高。

CN106207191A公開的負極結構提出采用三維互聯通導電負極骨架配合固體電解質層，其中的三維互聯通導電骨架可采用各種碳材料或多孔金屬，并結合固體電解質界面層對電解液的隔離作用，減少鋰枝晶的出現。相比于金屬鋰片負極，表現出穩定的循環特性和安全特性。但是其提供的負極是一種三層式的結構，包括了固體電解質、三維導電骨架以及集流體，大大增加了電池重量，且固體電解質限制了離子的快速傳輸，不利于電池的大功率充放。

從上述內容可以看出，現有技術提供的鋰電池負極中都需要使用集流體，削弱了鋰金屬負極高能量密度的優勢。因此，亟需一種新的避免枝晶生長、質量輕、能量密度大且制備方法簡單的鋰電池負極。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的鋰電池負極質量重、能量密度小、制備方法復雜且易產生枝晶的缺陷，提供一種鋰電池負極和一種鋰電池。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種鋰電池負極，該負極包括相鄰的多孔薄膜層和鋰電池負極材料層，相對于厚度為100μm的鋰電池負極材料層，所述多孔薄膜層的厚度為10-200μm，其中，所述多孔薄膜層的制備方法包括：將多孔材料粉末與粘結劑成型，其中，所述多孔材料粉末的比表面積為10-3000m²/g，孔容為0.01-3cm³/g，具有孔徑為1-100nm的納米孔分布。

本發明第二方面提供一種鋰電池，該鋰電池包括正極、負極和設置于二者之間的隔膜，所述負極為本發明提供的上述的鋰電池負極。