[發明專利]一種鋰電池負極及鋰電池

在審

• 申請號: 202010585149.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN113839104A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 張露露;江文鋒;郭姿珠;謝靜
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種鋰電池負極，包括負極集流體和設置在負極集流體表面上的保護層，保護層包括摻雜的碳材料基體和過渡金屬化合物顆粒，且至少部分過渡金屬化合物顆粒被摻雜的碳材料基體包覆，其中，摻雜的碳材料基體中的摻雜元素為鈷元素和氮元素。保護層的設置，有助于鋰離子在負極中的均勻沉積，可有效阻止鋰枝晶朝著正極側的方向生長，避免了電池短路的現象發生。

技術領域

本申請涉及鋰電池領域，尤其涉及一種鋰電池負極及鋰電池。

背景技術

鋰離子電池以其高可逆容量、高能量密度、長循環壽命、以及綠色環保等優點，廣泛應用于數碼相機、移動電話和筆記本電腦等便攜式電子產品中，以及電動自行車和電動汽車中。隨著新能源汽車的普及，對電池的要求也越來越高，為了滿足較長行駛里程的需求，人們致力于高能量密度鋰電池的研究。而現有的石墨負極的理論容量較低，無法滿足高能量密度電池的要求。鋰金屬的電極電勢低，用作負極材料可提高電池的能量密度，然而鋰金屬本身化學性質較活潑，且其作為負極，在電池充放電循環中極易產生鋰枝晶，鋰枝晶的產生不僅會造成活性鋰的損失，即電池容量的衰減，還會存在電池安全性能方面的隱患。

發明內容

為解決現有技術中鋰電池負極中存在的鋰枝晶的技術問題，本申請提供了一種鋰電池負極及鋰電池，鋰離子在該負極中可均勻沉積，有效阻止鋰枝晶朝著正極的方向生長，避免了電池短路的現象發生。

第一方面，本申請提供了一種鋰電池負極，包括負極集流體和設置在負極集流體表面上的保護層，所述保護層包括摻雜的碳材料基體和過渡金屬化合物顆粒，至少部分所述過渡金屬化合物顆粒被所述摻雜的碳材料基體包覆，所述摻雜的碳材料基體中的摻雜元素為鈷元素和氮元素。

為避免負極產生的鋰枝晶繼續朝著正極側的方向生長，現有技術中通常在負極表面設置負極保護層，負極保護層通常為含碳材料，由于含碳材料中鋰離子的沉積位點較少、且親鋰性弱于鋰枝晶，使得鋰枝晶生長到保護層中時，鋰離子會優先在鋰枝晶處沉積，使得鋰枝晶會繼續生長，即現有技術中的負極保護層并不能有效阻止鋰枝晶的生長。

本申請所提供的鋰電池負極，其保護層中含有氮元素和鈷元素共同摻雜的碳材料基體，氮元素和鈷元素的引入，使得碳材料中可形成鈷、氮共摻雜的Co-N-C結構，該結構可以有效的改善碳材料的親鋰性，親鋰性的改善有助于鋰離子在碳材料中的沉積。此外，一個鈷原子與它周圍的氮原子共配位摻雜在碳材料結構中，從而可形成CoN_x位點，此位點中的鈷原子作為鋰沉積的有效活性位點，有助于引導鋰離子在位點處進行沉積，且元素摻雜后的碳材料，不僅有著更多的鋰離子沉積位點，而且這些沉積位點的分布也均勻，從而使得鋰離子在保護層中均勻沉積。不僅如此，本申請的負極保護層中還含有過渡金屬化合物顆粒，過渡金屬化合物顆粒也具有較好的親鋰性，使得鋰離子可在顆粒處進行沉積，即過渡金屬化合物的引入，進一步增加了保護層中鋰離子的沉積位點，沉積位點的增多、且沉積位點的分布均勻，有利于鋰離子在保護層中更加均勻的沉積。此外，至少部分過渡金屬化合物顆粒被碳材料基體包覆，使得過渡金屬化合物顆粒的電子云與碳材料基體中CoNx位點的電子云密度可以相互影響，使得保護層的親鋰效果更好，利于鋰離子在保護層中各處進行沉積。當負極產生的鋰枝晶進入保護層中時，鋰離子將不只在鋰枝晶處進行沉積，而是在整個保護層中進行沉積，從而有效阻止了鋰枝晶繼續朝向正極側的方向生長，避免了電池內短路的發生，大大提高了電池的安全性能。

第二方面，本申請提供了一種鋰電池，包括上所述的鋰電池負極。