[發明專利]一種復合鎳極耳及其應用

有效

• 申請號: 202010016032.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111193004B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陳子雄;曾志堅
• 申請（專利權）人: 順科新能源技術股份有限公司
• 主分類號: H01M50/534
• 分類號: H01M50/534;C23C14/06;C23C14/35;C23C16/34
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明公開了一種復合鎳極耳，其包括鎳金屬基體，所述鎳金屬基體的兩個側面上沉積有二元氮化物層；所述二元氮化物層由氮化鐵鉭、氮化鐵鋁、氮化鐵鈦、氮化鐵銅、氮化鐵鋯和氮化鋯銅中的至少一種構成。本發明的復合鎳極耳對金屬鋰具有良好的潤濕性，焊接時能與鋰金屬熔體完全融合，并表現出良好的結合力，有效避免了因結合力差而產生的界面阻抗大的問題，最終實現鋰金屬電池優良的電化學性能。

技術領域

本發明涉及二次電池技術領域，尤其涉及一種復合鎳極耳及其應用。

背景技術

金屬鋰擁有高的理論比容量(3860mAh/g)，是傳統石墨負極理論比容量的十倍以上。因而，以金屬鋰為負極的鋰金屬電池受到工業界和學術界的廣泛關注。同時，將金屬鋰與廉價的硫磺匹配組成的鋰硫電池呈現超高的能量密度(2600Wh/kg)，被認為是下一代最有前途的儲能器件。

目前，商業化鋰電池的負極極耳通常為鎳或銅鍍鎳極耳。由于銅、鎳與鋰金屬的潤濕性很差，采用常規的直流電焊或超聲焊接的方式很難將鋰負極與鎳或銅鍍鎳極耳焊接在一起，這使得鋰金屬負極極耳焊接成為制約鋰金屬電池發展的一個關鍵瓶頸。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種復合鎳極耳及其應用。

為實現其目的，本發明采取的技術方案包括以下幾方面：

第一方面，本發明提供了一種復合鎳極耳，其包括鎳金屬基體，所述鎳金屬基體的兩個側面上沉積有二元氮化物層；所述二元氮化物層由氮化鐵鉭、氮化鐵鋁、氮化鐵鈦、氮化鐵銅、氮化鐵鋯和氮化鋯銅中的至少一種構成。焊接時，本發明的二元氮化物可與鋰金屬發生化學反應，反應過程如下：M₁M₂N₃+Li＝M₁+M₂+LiN₃。反應生成的LiN₃緊密附著在金屬鋰上，從而提高鋰金屬與極耳之間的潤濕性和結合力，有效避免了金屬鋰負極與傳統鎳極耳焊接過程中存在的結合力差及界面阻抗大的問題，提升了鋰金屬電池的電化學性能。

優選地，所述二元氮化物層由磁控濺射和/或化學氣相沉積的方法沉積而成。

優選地，所述鎳金屬基體的厚度為3～600μm。進一步優選地，所述鎳金屬基體的厚度為10～250μm。再進一步優選地，所述鎳金屬基體的厚度為15～50μm。鎳金屬基體太薄，在濺射或沉積過程中會容易變形。鎳金屬基體太厚，會容易導致極耳過重，不利于電池能量密度的發揮，同時濺射或沉積過程中產生的熱量容易在基體上累積，使濺射或沉積不均勻。而厚度為15～50μm的鎳金屬基體具有較好的使用效果，不會導致極耳過重，不易變形，且能使氮化物層濺射或沉積均勻。

優選地，所述二元氮化物層的厚度為50nm～10μm。進一步優選地，所述二元氮化物層的厚度為0.1～10μm。再進一步優選地，所述二元氮化物層的厚度為0.5～5μm。二元氮化物層太薄會導致與鋰的反應層較薄，潤濕效果不明顯。二元氮化物層太厚會造成比較費時的同時又容易脫落，造成結合力差。而厚度為0.5～5μm的二元氮化物層在濺射或沉積形成時所需耗費的時間較短，且其對金屬鋰具有較好的潤濕效果，能與鋰完全融合，結合力強，不易脫落。

第二方面，本發明提供了所述復合鎳極耳的應用，具體是所述復合鎳極耳在含鋰金屬負極的電池中的應用。

第三方面，本發明提供了一種電池，其包括鋰金屬負極，還包括本發明所述的復合鎳極耳。

優選地，所述復合鎳極耳通過直流點焊機與所述鋰金屬負極進行焊接。具體為：以所述復合鎳極耳的所述二元氮化物層為焊接面，通過直流點焊機將其與鋰金屬負極進行焊接。焊接時，焊接處的二元氮化物與鋰金屬發生化學反應生成鎳氮鋰復合物層，提高了鋰金屬與極耳之間的潤濕性和結合力，而且所發生的化學反應為吸熱反應，在反應過程中會不斷吸收熱量，可防止鋰金屬局部高溫，從而防止了因鋰金屬局部區域瞬時高溫熔化而出現的熔體飛濺現象。