[發(fā)明專(zhuān)利]鋰二次電池的負(fù)極、其制備方法和鋰二次電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810993887.7
• 申請(qǐng)日: 2018-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110875476A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郇慶娜;劉慧芳;王亞龍;陳強(qiáng);牟瀚波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津中能鋰業(yè)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/052;H01M10/058;H01M12/08
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 賀衛(wèi)國(guó)

提供了一種鋰二次電池的負(fù)極、其制備方法和包括該負(fù)極的鋰二次電池。鋰二次電池的負(fù)極包括由集流體、位于集流體兩側(cè)的鋰帶或鋰合金帶和位于集流體和鋰帶或鋰合金帶之間且與它們直接接觸的碳質(zhì)層形成的五層結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池的領(lǐng)域，尤其涉及一種制備工藝簡(jiǎn)單的二次電池負(fù)極及使用該負(fù)極的二次電池。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著智能手機(jī)、平板電腦、電動(dòng)汽車(chē)等電器產(chǎn)品對(duì)高能量化學(xué)電源的需求，以及石油煤炭資源的不可再生及燃燒化石資源對(duì)環(huán)境的污染，高能量密度的二次電池成為研究的熱點(diǎn)。目前以石墨為負(fù)極，磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料等為正極的二次電池的比能量發(fā)展空間有限，幾乎達(dá)到極限值。鋰二次電池中，金屬鋰具有最負(fù)的電極電位(-3.045V)和最高的比容量(3860mAh/g)，能滿足電極材料高能量密度的要求，國(guó)內(nèi)外很多科研院所和公司轉(zhuǎn)向以鋰為負(fù)極的二次電池的研發(fā)及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的發(fā)明人在致力于采用鋰帶或鋰合金帶作為鋰二次電池負(fù)極材料的研究中發(fā)現(xiàn)，雖然普遍認(rèn)為將兩種金屬材料直接壓力復(fù)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)兩者之間良好的接觸和粘合，但是當(dāng)將鋰帶或鋰合金帶作為負(fù)極材料直接復(fù)合在金屬集流體(例如銅箔)上時(shí)，有可能存在一些地方粘合不緊的現(xiàn)象，造成負(fù)極材料和集流體之間傳導(dǎo)電子能力弱，界面阻抗大，電池的容量降低。

為了解決上述問(wèn)題，發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)采用疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即，先在金屬集流體表面形成碳質(zhì)層(尤其是含有多孔碳質(zhì)材料的碳質(zhì)層)，再在其上復(fù)合鋰帶或鋰合金帶，不僅可以提高鋰帶或鋰合金帶與金屬集流體之間的粘合性和電子傳導(dǎo)能力，而且可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，提高電池的容量保持率。

本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種鋰二次電池的負(fù)極，所述負(fù)極包括由集流體、位于集流體兩側(cè)的鋰帶或鋰合金帶和位于集流體和鋰帶或鋰合金帶之間且與它們直接接觸的碳質(zhì)層形成的五層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種制備上述負(fù)極的方法，包括：通過(guò)涂布法或者通過(guò)氣相沉積法在集流體的兩面上形成碳質(zhì)層，再經(jīng)壓力復(fù)合，將鋰帶或鋰合金帶復(fù)合到碳質(zhì)層上。

本發(fā)明的再一個(gè)方面提供一種二次電池，其包括上述的負(fù)極，優(yōu)選所述的鋰二次電池為鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰聚合物電池或鋰全固態(tài)電池。

根據(jù)本發(fā)明，在鋰帶或鋰合金帶與金屬集流體之間設(shè)置了碳質(zhì)層，該碳質(zhì)層可以在保證鋰帶或鋰合金帶與金屬集流體之間粘合性的同時(shí)提高電子傳導(dǎo)能力，尤其是在采用多孔碳質(zhì)材料的情況下，多孔碳質(zhì)材料的比表面積大，增加了鋰離子的沉積位點(diǎn)，降低了有效電流密度，有效地抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，提高電化學(xué)性能。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的二次電池負(fù)極的正視圖

圖2為圖1的成卷負(fù)極沿A-A線的剖面圖。

圖3顯示了實(shí)施例1、2和3的二次電池循環(huán)性能測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的二次電池負(fù)極的正視圖。該負(fù)極為成卷形式，且為集流體兩面復(fù)合形式，即，在集流體3的兩面具有碳質(zhì)層2；碳質(zhì)層2的雙面復(fù)合鋰帶或鋰合金帶1。

圖2為圖1的成卷負(fù)極沿A-A線的剖面圖。需要指出的是，圖1和圖2中鋰帶或鋰合金帶1、碳質(zhì)層2及集流體3的寬度可以任意化，不一定按圖中比例，一般情況下，鋰帶或鋰合金帶及碳質(zhì)層的寬度可以比集流體的寬度稍窄一些。

本發(fā)明中負(fù)極活性物質(zhì)為金屬鋰或鋰合金，以金屬鋰帶或鋰合金帶的形式提供。金屬鋰帶或鋰合金帶的厚度可以為0.02-0.20mm，優(yōu)選20-50um。鋰合金是由金屬鋰和至少一種其他元素構(gòu)成，所述其他元素可以包括：鎂、硼、鋁、硅、銦、鋅、銀、鈣、錳元素。所述其他元素的含量占鋰合金總質(zhì)量的0.1％～40％，優(yōu)選1％～20％。