[發明專利]集流體及其制備方法、電極片和二次電池

在審

• 申請號: 201911063329.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110911689A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 鄧永紅;張震;谷猛;韓兵;王慶榮
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;C22C28/00;C22C9/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 張楊梅

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種集流體及其制備方法、電極片和二次電池。本發明提供的制備方法，包括：獲取銅金屬基底和鎵基液態金屬；將鎵基液態金屬涂覆在銅金屬基底的表面，使得鎵基液態金屬與銅金屬基底表面的銅發生合金化反應，制備表面形成有合金層的銅金屬基底，合金層的材料為銅鎵基合金。工藝簡單，能耗低，綠色無污染，適合大規模生產。由此得到的集流體的表面形成有銅鎵基合金，使得集流體表面具有均勻分布的鎵活性位點，可在后續電池充放電過程中誘導堿金屬離子在集流體表面進行均勻地沉積，從而有效抑制枝晶的形成和生長。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種集流體及其制備方法、電極片和二次電池。

背景技術

由于脫嵌離子電位低與利用率高等特點，基于金屬鋰負極與金屬鈉負極構造二次儲能電池是堿金屬離子電池的終極目標，也是目前堿金屬離子電池研究的關注重點之一。然而，堿金屬負極在充放電過程中，由于堿金屬離子的還原極易在堿金屬負極表面形成針狀或樹枝狀的枝晶，例如鋰枝晶或鈉枝晶等。枝晶的存在可能會刺破隔膜并與正極發生接觸，導致電池內部短路，產生熱失效，引發自燃或者爆炸等風險；另一方面，枝晶結構疏松多孔，例如鋰枝晶，容易脫落形成無電化學活性的“死鋰”，損失容量。此外，由于枝晶的生長使得負極比表面積增大，大量消耗電解液形成固態電解質膜，造成電池容量衰減及循環壽命降低。因此，枝晶生長問題嚴重阻礙了新一代高能量密度二次堿金屬電池的商業化應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種集流體及其制備方法，另一目的在于提供一種電極片和二次電池，旨在通過有效抑制枝晶生長，以提高電池的電化學性能。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種集流體的制備方法，包括以下步驟：

獲取銅金屬基底和鎵基液態金屬；

將所述鎵基液態金屬涂覆在所述銅金屬基底的表面，使得所述鎵基液態金屬與所述銅金屬基底表面的銅發生合金化反應，制備表面形成有合金層的銅金屬基底，所述合金層的材料為銅鎵基合金。

本發明提供的集流體的制備方法，通過利用鎵基液態金屬與銅之間的合金化反應，在銅金屬基底表面形成銅鎵基合金，工藝簡單，能耗低，綠色無污染，適合大規模生產。由此得到的集流體的表面形成有銅鎵基合金，使得集流體表面具有均勻分布的鎵活性位點，可在后續電池充放電過程中誘導堿金屬離子在集流體表面進行均勻地沉積，從而有效抑制枝晶的形成和生長，提高堿金屬電池的電化學性能。

相應的，一種集流體，包括：銅金屬基底以及設置在所述銅金屬基底上的合金層，所述合金層的材料為銅鎵基合金。

本發明提供的集流體，其表面形成有銅鎵基合金，具有均勻分布的鎵基活性位點，可在電池充放電過程中誘導堿金屬離子在集流體表面進行均勻地沉積，從而有效抑制枝晶的形成和生長，提高電池的電化學性能。

相應的，一種電極片，包括：由前述制備方法制得的集流體或上述集流體，以及沉積在所述集流體上的金屬層；所述金屬層設置在所述合金層遠離所述銅金屬基底的表面。

本發明提供的電極片，采用上述集流體，可有效抑制電池充放電過程中枝晶的形成和生長，提高電池的電化學性能。

相應的，一種二次電池，包括上述電極片。

本發明提供的二次電池，采用上述電極片，具有良好的電化學性能。

附圖說明

圖1為實施例1制得的銦鎵錫液態金屬在常溫下的形態圖；

圖2為實施例1中表面形成有銅銦鎵錫合金層的銅箔的表面形態圖；

圖3為實施例1中銅銦鎵錫合金層的表面20k倍SEM圖；

圖4為實施例4及對比例4得到的銅鋰半電池的循環曲線圖；