[發明專利]一種鋰負極及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201911288792.6
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112968178B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 李帥鵬;姬迎亮;周時國
• 申請（專利權）人: 鄭州宇通集團有限公司;鄭州宇通客車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/38;H01M10/0565
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰負極及其制備方法、鋰離子電池。本發明的鋰負極由金屬鋰層和設置在金屬鋰層表面的固態電解質保護層，所述金屬鋰層為金屬鋰或鋰合金；所述固態電解質層包括聚合物電解質，所述聚合物電解質由聚合單體聚合而成；所述聚合單體中含有不飽和碳?碳鍵，醚鍵以及可與鋰發生反應的鋰反應性基團，所述聚合物電解質通過鋰反應性基團與金屬鋰層中的鋰反應復合在金屬鋰層的表面上。本發明的鋰負極中保護層與金屬鋰層之間通過化學鍵相結合，不易脫落。并且保護層的存在避免了金屬鋰層直接與電解質接觸，防止了副反應的發生，有利于提高鋰離子電池的性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰負極及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

目前，開發高能量高密度的鋰離子電池已成為科研工作者的重點工作之一。鋰金屬具有低電位(-3.04V)和高比容量(3860mAh/g)，是具有潛力的負極材料之一。在鋰金屬電池中，鋰離子的不均勻沉積導致鋰枝晶的生成，隨著循環次數的增加，鋰枝晶不斷生長，刺穿隔膜，導致內部短路。另外，金屬鋰循環過程中的粉末化，使高活性的鋰金屬更加易于與電解液發生副反應，導致電解液和鋰負極的不斷消耗生成一系列副產物，從而使電池容量衰減、內阻升高、效率降低以及電池失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰負極，以解決現有技術中不能有效抑制鋰枝晶的問題。

本發明的目的還在于提供一種上述鋰負極的制備方法。

本發明的目的還在于提供一種采用上述鋰負極的鋰離子電池，具有較好的穩定性。

本發明的鋰負極材料的技術方案為：

一種鋰負極，由金屬鋰層和設置在金屬鋰層表面的固態電解質保護層，所述金屬鋰層為金屬鋰或鋰合金；所述固態電解質層包括聚合物電解質，所述聚合物電解質由聚合單體聚合而成；所述聚合單體中含有不飽和碳-碳鍵，醚鍵以及可與鋰發生反應的鋰反應性基團，所述聚合物電解質通過鋰反應性基團與金屬鋰層中的鋰反應復合在金屬鋰層的表面上。

本發明的鋰負極中，聚合單體中的鋰反應性基團與金屬鋰層中的鋰的反應加強了固態電解質保護層與金屬鋰層的結合，緩解了金屬鋰層在電化學反應過程中的體積和收縮，抑制了鋰負極中金屬鋰的粉化。本發明的固態電解質保護層使金屬鋰層不與電解液直接接觸，避免了金屬鋰層與電解液發生反應，因此有效抑制了鋰枝晶的形成與生長。本發明的固態電解質保護層中具有使鋰離子均勻沉積的沉積位點，進一步避免了鋰枝晶生長。本發明的固態電解質保護層同時可以作為固態電解質膜，從而解決了鋰負極與無機固態電解質匹配不良的問題。

優選的，所述聚合單體的結構通式為式(1)～(3)中的至少一種：

R₁為H、碳原子個數為1～4的烷基或氟取代的烷基、苯基、異氰酸酯基、氰基中的一種；

R’為碳原子個數為1～4的次烷基或氟取代的次烷基；

R₂為化學鍵、碳原子個數為1～4的次烷基或氟取代的次烷基；

Y為化學鍵或式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)、式(11)、式(12)所示的結構中的一種或多種：

式(5)中p1為1～4的整數，式(7)中p2為1～4的整數，式(9)中p3為1～4的整數，式(10)中p4為1～4的整數，式(12)中p5為1～4的整數；