[發(fā)明專利]金屬負(fù)極及其制備方法和二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010317947.0
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN113540401B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪響
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/60;H01M4/66;H01M10/0565
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• 代理人: 暫無信息

本申請實施例提供一種金屬負(fù)極，該金屬負(fù)極包括金屬負(fù)極本體和形成在金屬負(fù)極本體一側(cè)或兩側(cè)表面的保護(hù)層，保護(hù)層由具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層及具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)外層組成。該具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層包括具備接受電子能力的芳香烴類小分子化合物和含芳香烴類基團(tuán)的聚合物中的至少一種，以及具備絡(luò)合鋰離子能力的醚類小分子溶劑、胺類小分子溶劑、硫醚類小分子溶劑，聚醚類聚合物、聚胺類聚合物和聚硫醚類聚合物中的至少一種。該金屬負(fù)極表面的保護(hù)層可有效抑制電池充放電過程中堿金屬負(fù)極表面枝晶生長及由于枝晶導(dǎo)致的電池安全及壽命問題。本申請還提供該金屬負(fù)極的制備方法和二次電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請實施例涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬負(fù)極及使用此金屬負(fù)極組裝的二次電池。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，從便攜式電子器件(手機、平板電腦、筆記本電腦)、到無人機到電動汽車，這些行業(yè)迫切需要具有更高能量密度、更高功率密度、更長循環(huán)壽命和更安全的儲能器件。而基于傳統(tǒng)石墨負(fù)極的鋰離子電池能量密度已接近天花板，已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的續(xù)航和待機需求。在大規(guī)模儲能領(lǐng)域，鈉離子電池等非鋰電技術(shù)較高的成本仍不足以支撐其在此領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用。堿金屬具有理論比容量高和化學(xué)電勢低等特點，采用堿金屬負(fù)極可以大幅提高電池的能量密度并攤低電池單位能量成本，顯著提升用戶體驗并創(chuàng)造商業(yè)價值。然而由于堿金屬負(fù)極存在化學(xué)活性高(導(dǎo)致庫倫效率低)、枝晶生長(引起副反應(yīng)和安全隱患)和體積膨脹大(SEI膜不斷破裂與重建)等問題，阻礙了高能量密度堿金屬電池的商業(yè)化進(jìn)程。

研究表明，通過物理或化學(xué)方式在堿金屬負(fù)極表面構(gòu)建穩(wěn)定界面，可降低表面活性、均勻化離子流，緩解枝晶生長。但目前還未找到既有效又可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的穩(wěn)定界面構(gòu)建方案。

申請內(nèi)容

鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N金屬負(fù)極，其表面具有保護(hù)層，該保護(hù)層對鋰金屬負(fù)極有極好浸潤性，可保證充放電過程中鋰負(fù)極本體與電池其它組分間持續(xù)良好的離子導(dǎo)通，此外，由于保護(hù)層內(nèi)層結(jié)構(gòu)對鋰金屬的良好溶解性，此設(shè)計可從根本上杜絕鋰二次電池枝晶生長風(fēng)險，大幅提升電池循環(huán)性能和長期可靠性。

具體地，本申請第一方面提供一種金屬負(fù)極，所述金屬負(fù)極包括金屬負(fù)極本體和形成在所述金屬負(fù)極本體一側(cè)或兩側(cè)表面的保護(hù)層，所述保護(hù)層包括具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層及具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)外層雙層結(jié)構(gòu)。所述具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層含有具備接受電子能力的芳香烴類小分子化合物或含芳香烴類基團(tuán)的聚合物，以及具備絡(luò)合鋰離子能力的醚類、胺類、硫醚類小分子溶劑或聚醚類、聚胺類、聚硫醚類聚合物。所述液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層能通過不同溶劑/聚合物的協(xié)同作用物理溶解堿金屬，解決此類金屬負(fù)極充放電過程中枝晶問題。

本申請中，所述芳香烴類小分子化合物包括聯(lián)苯、萘、菲、蒽、并四苯、芘等；所述含芳香烴類基團(tuán)的聚合物包括含有聯(lián)苯、萘、菲、蒽、并四苯、芘等芳香基團(tuán)的聚合物。

本申請中，所述醚類溶劑包括但不限于乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等鏈狀醚以及四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)、12-冠醚-4、15-冠醚-5、18-冠醚-6等環(huán)狀醚；所述胺類小分子溶劑包括但不限于乙二胺二甲胺、乙二胺四甲胺、二乙二胺四甲胺等；所述硫醚類小分子溶劑包括但不限于乙二硫醇二甲硫醚、乙二硫醇二乙硫醚、二乙二硫醇二甲硫醚、四乙二硫醇二甲硫醚等；所述聚醚類聚合物包括但不限于聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷；所述聚胺類聚合物包括但不限于聚乙二胺、聚甲基乙二胺等；所述聚硫醇類聚合物包括但不限于聚乙二硫醇、甲基聚乙二硫醇等。

本申請中，所述具有溶解堿金屬能力的液態(tài)或凝膠態(tài)內(nèi)層可能含有芳香類、聚醚、聚胺和聚硫醚之外的其它聚合物。包括但不限于PVDF，PVDF-HFP，PTFE等聚氟烯烴類聚合物中的一種或多種；PAN等聚腈類聚合物；聚2,4-甲苯二異氰酸酯類聚胺酯類聚合物中的一種或多種；PA11，PA66等聚酰胺類聚合物中的一種或多種；聚雙馬來酰亞胺等聚酰亞胺或聚酰胺-酰亞胺類聚合物。