[發明專利]儲能器件鋁負極、儲能器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201811220613.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109346670A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 唐永炳;謝呈德;蔣春磊
• 申請（專利權）人: 深圳中科瑞能實業有限公司;深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 逯恒

本發明公開了一種儲能器件鋁負極、儲能器件及其制備方法，涉及電化學儲能器件技術領域。儲能器件鋁負極包括鋁負極基體，鋁負極基體表面具有各向同性的非晶鋁或晶體鋁納米顆粒層。儲能器件鋁負極的制備方法包括以下步驟：對鋁負極基體進行表面噴射處理，得到儲能器件鋁負極；表面噴射處理包括噴丸處理或噴砂處理。本發明可以有效緩解鋁作為負極活性材料時因存在雜質、缺陷及晶體尺寸一致性差導致的反應位點不均勻，局部體積膨脹過大而引起鋁局部粉化開裂造成儲能器件性能差的問題。使用該結構的鋁負極得到的儲能器件電化學性能、循環穩定性以及安全性能好。

技術領域

本發明涉及電化學儲能器件技術領域，具體而言，涉及一種儲能器件鋁負極、儲能器件及其制備方法。

背景技術

傳統的鋰離子電池負極材料為石墨類材料，隨著研究的深入，已經出現了以鋁作為負極材料的鋰離子電池(Advanced Energy Materials,2016,6(11):1502588.)，負極鋁箔可以將負極和集流體一體化從而減少了傳統的負極活性材料，這種新型高效電池體系電池的比能量密度更高、成本更低。隨后又出現了一種全新的鋁—石墨雙離子電池(AGDIB)(Advanced Energy Materials,2016,6(11):1502588.)，采用廉價且易得的石墨替代傳統鋰電中高成本且含重金屬的過渡金屬氧化物或磷酸鐵鋰作為電池正極材料；采用鋁箔同時作為電池負極材料和負極集流體；以常規鋰鹽和碳酸脂溶劑為電解液。該電池工作原理有別于傳統鋰離子電池，充電過程中，正極石墨發生陰離子插層反應，而鋁負極發生鋁-鋰合金化反應，放電過程則相反，不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時大幅降低電池的質量、體積及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

利用鋁箔作為新型高效電池的負極片具有重大的應用前景，但是鋁箔負極也存在著一些問題：(1)鋁箔作為負極活性材料時，其充放電過程引起的體積膨脹率是傳統石墨負極材料的幾倍，鋁鋰合金為LiAl時，體積膨脹接近100％，造成電極粉化引起電池容量衰減；(2)金屬鋁與電解液在界面發生反應形成的固體電解質層(Solid ElectrolyteInterface，SEI膜)隨時間不斷增厚，界面阻抗不斷增加，庫倫效率降低，電池容量衰減；(3)由于鋁金屬負極體積在充放電過程中不斷變化，SEI膜不穩定，在脫嵌鋰過程中，不斷的生成-破裂-再生成，消耗金屬鋰和電解液。

為了解決上述問題，提出了一種基于碳包覆多孔鋁箔負極的高倍率、長循環、高能量密度雙離子電池(Advanced Energy Materials,2016,6(11):1603735.)，通過在鋁箔表面涂覆碳層，緩解鋁箔體積膨脹，利用碳層與電解液兼容性好，可以和電解液在炭層表面形成均勻的薄層固體電解質膜，從而提高鋁箔負極和電解液的兼容性和負極表面固體電解質膜的質量，降低電解液的分解，提高電池的充放電效率和循環性能。但是，碳層是具有良好的電子導電性的，因此電池充放電時鋁箔體積變化造成固體電解質膜破壞時，電解液還是會在碳層表面發生分解，導致電池充放電效率差、循環性能不理想等問題。而且的碳層包覆方式還存在工藝復雜、制造成本高的問題。

因此，所期望的是提供一種新的鋁負極，能夠解決上述問題中的至少一個。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種儲能器件鋁負極，能夠緩解上述技術問題中的至少一個。

本發明的目的之二在于提供一種上述儲能器件鋁負極的制備方法，采用噴砂或噴丸技術將鋁表面的雜質去除并在鋁表面生成各向同性的非晶鋁或晶體鋁納米顆粒層，提高電池的充放電效率、循環性能以及安全性能，該方法可工業化生產，制造工藝簡單、加工成本低。

本發明的目的之三在于提供一種儲能器件，包括上述儲能器件鋁負極或上述儲能器件鋁負極的制備方法制得的鋁負極，具有與上述儲能器件鋁負極相同的優勢。

本發明的目的之四在于提供上述儲能器件的制備方法，生產工藝簡單，可批量生產、成本低。