[發(fā)明專利]負(fù)極材料、負(fù)極片及包含它的鋰二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010119459.9
• 申請(qǐng)日: 2020-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN111313027B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王康平;李洋;袁康;李艷紅;潘芳芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中創(chuàng)新航技術(shù)研究院（江蘇）有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/40;H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 北京律智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 李華;崔香丹

提供一種負(fù)極材料，包括鋰合金和鋰化合物，所述鋰化合物為三維芳香性籠狀陰離子鋰化合物。還提供包括該負(fù)極材料的負(fù)極片和鋰二次電池。本發(fā)明采用從固相向液相或流變相轉(zhuǎn)變的相變點(diǎn)低的鋰合金和鋰有機(jī)化合物(三維芳香性籠狀陰離子鋰化合物)互溶，形成溶液或流變相混合物負(fù)極。由于此負(fù)極為非固態(tài)，析出的單質(zhì)鋰處于析晶—溶解平衡中，無法形成枝晶，從而從根本上解決的鋰二次電池循環(huán)過程形成枝晶的缺陷，提高了鋰二次電池的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)電源領(lǐng)域，具體涉及鋰離子電池的負(fù)極材料、負(fù)極片和包含它們的鋰離子電池。

背景技術(shù)

金屬鋰由于具有較高的理論比容量、低密度和最負(fù)的氧化還原電位而被認(rèn)為是理想的二次電池負(fù)極材料。

目前，金屬鋰作為電池負(fù)極存在如下缺陷：(1)金屬鋰作為電池負(fù)極在電池循環(huán)過程中鋰枝晶的產(chǎn)生易穿透電池隔膜從而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，嚴(yán)重的會(huì)致使電池起火爆炸存在重大安全隱患；(2)在充放電過程中不斷有鋰枝晶的產(chǎn)生和分解，電極電流密度的不均勻分布使得枝晶的分解速率也不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致“死鋰”的沉積縮短了電池的使用壽命；枝晶的生長(zhǎng)增大了金屬鋰與電解液的接觸面積，電池中的副反應(yīng)加大了對(duì)電解質(zhì)和金屬鋰的消耗，從而導(dǎo)致低的庫倫效率和低的能量密度。

因此，鋰二次電池循環(huán)過程中鋰枝晶的問題亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種負(fù)極材料、負(fù)極片及包含它的鋰二次電池。

本發(fā)明提供一種負(fù)極材料包括鋰合金和鋰化合物，所述鋰化合物為三維芳香性籠狀陰離子鋰化合物。

本發(fā)明還提供一種負(fù)極片，包括：設(shè)置于集流體涂布區(qū)域的包括上述負(fù)極材料的負(fù)極材料層；及圍繞所述集流體涂布區(qū)域設(shè)置的第一隔離疏液涂層。

本發(fā)明又提供一種鋰二次電池，包括上述的負(fù)極材料或上述負(fù)極片。

本發(fā)明采用從固相向液相或流變相轉(zhuǎn)變的相變點(diǎn)低的鋰合金(Li_xM_1-x)和鋰有機(jī)化合物(三維芳香性籠狀陰離子鋰化合物)互溶，形成溶液或流變相混合物負(fù)極。由于此負(fù)極為非固態(tài)，析出的單質(zhì)鋰處于析晶—溶解平衡中，無法形成枝晶，從而從根本上解決的鋰二次電池循環(huán)過程形成枝晶的缺陷，提高了鋰二次電池的使用壽命。同時(shí)，本發(fā)明負(fù)極材料中，非固態(tài)鋰合金中有大量游離Li⁺和自由電子，負(fù)電荷在籠中均勻分布，導(dǎo)致負(fù)離子極其穩(wěn)定、親核性極弱，從而能夠造成大量的游離Li⁺，使得負(fù)極材料的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都更好。采用上述的負(fù)極材料的鋰離子電池和采用鋰金屬具有同等的能量密度，但循環(huán)性能和安全性得到大幅的改善。

更進(jìn)一步，負(fù)極片中集流體的負(fù)極材料層外圍形成隔離疏液涂層，將非固態(tài)負(fù)極材料層限制在疏液涂層限定的區(qū)域內(nèi)，解決非固態(tài)負(fù)極加工難問題，可以實(shí)現(xiàn)非固態(tài)負(fù)極組裝為電池，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明

通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施方式，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。

圖1A是本發(fā)明的負(fù)極片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1B示出本發(fā)明的設(shè)置有隔離疏液涂層的負(fù)極片的示意圖。

圖2A是本發(fā)明的負(fù)極片與隔膜組合的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2B示出本發(fā)明的設(shè)置有隔離疏液涂層的負(fù)極集流體與設(shè)置由隔離疏液涂層的有機(jī)聚合物膜的分解示意圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

10-負(fù)極集流體；11-第一隔離疏液涂層；20-負(fù)極材料層；30-有機(jī)聚合物膜；31-第二隔離疏液涂層；32-與負(fù)極材料層20相對(duì)的區(qū)域；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種負(fù)極材料包括鋰合金和鋰化合物，所述鋰化合物為三維芳香性籠狀陰離子鋰化合物。