[發(fā)明專利]一種背向沉積型金屬負(fù)極和背向沉積型金屬負(fù)極電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810811529.X
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN110752346B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳永翀;劉丹丹;滕勇強(qiáng);何穎源;王馨;張彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京好風(fēng)光儲(chǔ)能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M10/058;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種背向沉積型金屬負(fù)極，該背向沉積型金屬負(fù)極包括無孔電子絕緣層和兩個(gè)金屬負(fù)極部，每個(gè)金屬負(fù)極部包括負(fù)極集流層以及復(fù)合于該負(fù)極集流層一側(cè)的有孔電子絕緣層，兩個(gè)金屬負(fù)極部的負(fù)極集流層相對(duì)放置，無孔電子絕緣層設(shè)置于兩個(gè)金屬負(fù)極部之間用以阻止離子穿過并電子絕緣，其中，在有孔電子絕緣層和負(fù)極集流層上相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)有離子穿透通孔，且有孔電子絕緣層的離子穿透通孔的區(qū)域小于等于負(fù)極集流層的離子穿透通孔的區(qū)域。本發(fā)明的背向沉積型金屬負(fù)極從根本上抑制了枝晶生長，大大提高了二次電池的安全性，同時(shí)有效改善了二次電池的電化學(xué)性能。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種背向沉積型金屬負(fù)極電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種背向沉積型金屬負(fù)極以及背向沉積型金屬負(fù)極電池。

背景技術(shù)

隨著便攜電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，人們對(duì)具有高能量密度的二次電池的需求更加迫切。其中，對(duì)于電極材料而言，金屬負(fù)極由于較高的理論比容量、原料廣泛、原材料價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為新型高效負(fù)極材料體系的有力候選。例如，金屬鋰電極，具有極高的理論比容量(3860mAh/g)，最負(fù)的還原電位和極小的密度；金屬鋅電極，具有平衡電位低、原料豐富、環(huán)境友好、電化學(xué)可逆性好等優(yōu)點(diǎn)。近些年來，鎂、鈉、鉀、鈣等作為金屬負(fù)極材料也得到了廣泛研究。

然而，在二次電池的多次循環(huán)中，金屬離子經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接沉積在與正極活性材料所正對(duì)的金屬負(fù)極表面(即正向沉積)，普遍存在的問題是容易出現(xiàn)枝晶生長、粉化脫落(如“死鋰”)、鈍化等問題，造成庫倫效率較低，循環(huán)性能較差，甚至出現(xiàn)內(nèi)部短路，引起熱失效或爆炸等安全事故。為了抑制電池充放電過程中金屬負(fù)極的枝晶生長，目前主要采用的方法是通過物理或化學(xué)的方法在與正極活性材料所正對(duì)的金屬負(fù)極表面形成一層有效的保護(hù)膜以隔絕金屬負(fù)極與電解液之間的直接接觸；或者對(duì)隔離層進(jìn)行表面修飾、在隔離層和金屬負(fù)極之間添加保護(hù)層等。但是，從金屬負(fù)極或隔離層的表面修飾效果來看，這些方法僅在一定程度上改善了枝晶，不能從根本上抑制枝晶的產(chǎn)生，而且，保護(hù)膜的制備工藝條件較為苛刻，制備成本也較高，不利于大面積制備或者商業(yè)化應(yīng)用。

因此，尋求有效抑制枝晶生長的金屬負(fù)極保護(hù)技術(shù)成為發(fā)展高能量密度二次電池的關(guān)鍵和熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上存在的問題，本發(fā)明提供一種新型的背向沉積型金屬負(fù)極，該金屬負(fù)極結(jié)構(gòu)利用動(dòng)力學(xué)原理，通過改變金屬離子的遷移路徑和沉積位點(diǎn)，使得金屬離子在金屬負(fù)極背面經(jīng)過電化學(xué)還原反應(yīng)均勻沉積為金屬層，因此從根本上抑制了枝晶在金屬負(fù)極正面生長，從而避免了枝晶刺穿隔離層而引起的電池短路問題。本發(fā)明的背向沉積型金屬負(fù)極能夠充分利用金屬離子到達(dá)金屬負(fù)極背面枝晶前端沉積時(shí)所需的擴(kuò)散遷移距離大于在金屬負(fù)極背面直接沉積時(shí)的擴(kuò)散遷移距離這一動(dòng)力學(xué)原理，使得金屬離子更傾向于在金屬負(fù)極背面直接沉積以提高背面金屬沉積的均勻性。此外，該背向沉積型金屬負(fù)極不僅大大提高了電池的安全性能，同時(shí)也保證了優(yōu)良的電化學(xué)性能。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明提供一種背向沉積型金屬負(fù)極，其特征在于，該背向沉積型金屬負(fù)極包括無孔電子絕緣層和兩個(gè)金屬負(fù)極部，每個(gè)金屬負(fù)極部包括負(fù)極集流層以及復(fù)合于該負(fù)極集流層一側(cè)的有孔電子絕緣層，兩個(gè)金屬負(fù)極部的負(fù)極集流層相對(duì)放置，無孔電子絕緣層設(shè)置于兩個(gè)金屬負(fù)極部之間用以阻止離子穿過并電子絕緣，在金屬負(fù)極部和無孔電子絕緣層之間形成沉積腔，其中，在有孔電子絕緣層和負(fù)極集流層上相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)有供離子穿過的離子穿透通孔，離子穿過該離子穿透通孔并在負(fù)極集流層與有孔電子絕緣層非接觸側(cè)的表面經(jīng)過電化學(xué)還原反應(yīng)沉積為金屬層，且有孔電子絕緣層的離子穿透通孔的區(qū)域小于等于負(fù)極集流層的離子穿透通孔的區(qū)域。