[發明專利]負極保護層及制備方法、負極和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201911421474.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111430668A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 朱朋輝;秦士林;鄭曉醒;塞巴斯蒂安·德瑟蘭尼;陳少杰;周龍捷;鄧素祥;馬忠龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 尚偉凈

本發明公開了用于鋰離子電池的負極保護層及制備方法、負極和鋰離子電池。保護層基體，所述保護層基體由聚合物構成；鋰鹽；以及填料顆粒，所述填料顆粒是經過官能化處理的。該負極保護層中添加了經官能化處理的填料顆粒，因此可以在降低保護層厚度的同時保證柔韌度和機械強度，且防鋰枝晶效果較好，可以有效地降低“死鋰”的產生，并防止由于枝晶刺穿隔膜而導致的短路。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體地，涉及負極保護層及制備方法、負極和鋰離子電池。

背景技術

固態電池由于其內部不存在電解液，可以避免了因為電解液的泄露等問題而造成的安全隱患，同時固態電池具有能量密度高、無記憶效應等優點，受到研究人員的廣泛關注。固態電池內部結構可以簡單地分為正極、電解質和負極，其中負極是固態電池的一個重要組成部分，負極材料的好壞直接影響整個電池的性能。以鋰金屬作為負極是目前研究的一個熱點，但是鋰枝晶的產生在容易造成短路的同時也會導致負極“死鋰”的產生，使得電池循環容量降低，因此需要對負極鋰金屬進行有效地保護，抑制鋰枝晶生長。

因此，目前的負極保護層及制備方法、負極和鋰離子電池仍有待改進。

發明內容

本發明是基于發明人對于以下事實和問題的發現和認識作出的：

雖然在鋰負極表面覆蓋一層保護層可以抑制鋰枝晶的生長，有效地防止電池的短路，但是為了減小電池本身的本體阻抗和界面阻抗，需要制備較薄且柔韌度和機械強度較高的保護層，而柔韌性好、機械強度高的保護層較薄難以實現，即使制備出了較薄的保護層，其柔韌度和機械強度差，因此抑制鋰枝晶的效果不佳。

有鑒于此，本申請提出了一種用于鋰離子電池的負極保護層，該負極保護層中添加了經官能化處理的填料顆粒，因此可以在降低保護層厚度的同時保證柔韌度和機械強度，且防鋰枝晶效果較好，可以有效地降低“死鋰”的產生，并防止由于枝晶刺穿隔膜而導致的短路。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于鋰離子電池的負極保護層，其特征在于，包括：保護層基體，所述保護層基體由聚合物構成；鋰鹽；以及填料顆粒，所述填料顆粒是經過官能化處理的。

進一步的，所述保護層基體包括PEO、PVDF-HFP、PPC、PAN、PEGDMA、PEGMEA、PMMA以及PEG的至少之一。

進一步的，所述填料顆粒包括微米顆粒以及納米顆粒的至少之一。

進一步的，所述官能化處理包括氨基化、羧基化、羥基化以及磺酸化的至少之一。

進一步的，所述填料顆粒包括SiO₂、Al₂O₃、ZnO₂、氧化石墨、石墨烯以及碳納米管中的至少之一。

進一步的，所述鋰鹽包括LiFSI、LiTFSI以及LiClO₄的至少之一。

進一步的，包括：無機固態電解質，所述無機固態電解質包括LLZO、LLZTO、LGPS以及LPSCl的至少之一。

進一步的，所述填料顆粒以及所述保護層基體之間的質量比為(1:99)～(75:25)。

進一步的，所述填料顆粒以及所述保護層基體之間的質量比為(10:90)～(50:50)。

進一步的，所述保護層基體以及所述鋰鹽的質量比為(2:1)～(4:1)。

進一步的，所述負極保護層的厚度為5～50微米。

進一步的，所述負極保護層的厚度為5～20微米。

相對于現有技術，本發明所述的負極保護層具有以下優勢：