[發明專利]一種用于鋰-過渡金屬氧化物電池的負極及制備方法

在審

• 申請號: 202011576900.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112768647A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 徐睿;張晶;楊明;郝明明
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M10/0525;H01M4/134;H01M4/136;H01M4/1395;H01M4/1397
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 許愛文

本發明屬于化學電源技術領域，特別是一種用于鋰?過渡金屬氧化物的電池及制備方法。所述電池的負極表面會原位生成能夠提升電池負極界面穩定性的含氟保護層。制備方法包括驟：正極制備；負極制備：將鋰帶裁切后固定，使用油壓機將銅極耳壓合在鋰片上，并將鋰帶被銅極耳覆蓋的一側壓上相同尺寸和厚度的鋰帶進行補鋰；負極處理：將聚偏二氟乙烯完全溶解在N,N?二甲基甲酰胺溶劑中形成溶液；取一定量溶液通過刮刀均勻地覆蓋在步驟二的金屬鋰負極上，然后將金屬鋰負極在真空狀態下完全干燥，負極表面原位生成含氟保護層；然后制備成鋰二次軟包電池。鋰電池在循環過程中實現金屬鋰的均勻溶解與沉積，從而實現電池循環界面穩定性及長循環壽命。

技術領域

本發明屬于化學電源技術領域，特別是一種用于鋰-過渡金屬氧化物電池的負極及制備方法。

背景技術

近年來，隨著能源需求多樣化的發展，對高能量密度、長循環壽命能源存儲系統提出了更高的要求。鋰離子電池曾被認為是合適的能源儲存候選者，但是隨著研究的進展，其能量密度已經接近理論值。金屬鋰具有最高的理論容量(3860mAh/g)和最負的電化學電位(-3.04V)。與現有的鋰離子電池負極材料相比，金屬鋰負極在滿足高能量密度需求方面具有巨大潛力。盡管金屬鋰負極呈現出優越的理論容量和能量密度，但其在應用過程中由于界面的不穩定性存在以下問題：(1)鋰枝晶生長帶來的安全性問題；(2)不可逆的副反應導致活性材料的快速損失和電池阻抗的快速增加；(3)金屬鋰“無宿主”的性質導致電極的粉化，在循環過程中造成無限制的體積膨脹和收縮。因此通過在金屬鋰負極表面使用特定方法原位生成含氟保護層，界面相中氟元素無論是以簡單的無機氟化物(LiF)，還是以有機氟的形式存在，都對電池的電化學性能產生了積極的影響。通過含氟界面保護層的構建從而獲得界面穩定效果良好且易于實現擴大應用的金屬鋰負極保護方案。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明而提供了一種用于鋰-過渡金屬氧化物電池的負極及制備方法。所述電池的負極具有界面保護層，該保護層是通過特定方法在金屬鋰負極原位生成含氟界面，通過含氟界面的保護作用，含有該界面保護層的鋰電池在循環過程中實現金屬鋰的均勻溶解與沉積，從而實現電池循環界面穩定性及長循環壽命。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種用于鋰-過渡金屬氧化物電池的負極，所述電池包括正極活性材料、負極、電解液以及隔膜；所述負極的表面會原位生成能夠提升電池負極界面穩定性的含氟保護層。

進一步，一種用于鋰-過渡金屬氧化物電池，所述電池含有所述負極。

進一步，上述用于鋰-過渡金屬氧化物的電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、正極制備：將正極活性材料、導電劑、粘接劑通過勻漿機均勻的分散在適量NMP溶劑中；將分散均勻的漿料涂覆在鋁箔集流體上制備成正極，經分切碾壓后獲得正極極片；

步驟二、負極制備：將一定厚度的鋰帶裁切后在固定位置使用油壓機將銅極耳壓合在鋰片上，并將鋰帶被銅極耳覆蓋的一側壓上相同尺寸和厚度的鋰帶進行補鋰，以避免銅極耳覆蓋處的容量損失；

步驟三、負極處理：將聚偏二氟乙烯完全溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶劑中形成溶液；取一定量溶液通過刮刀均勻地覆蓋在步驟二的金屬鋰負極上，然后將金屬鋰負極在真空狀態下完全干燥，負極表面原位生成含氟保護層；

步驟四、電池制備及測試：以疊片的方式按金屬鋰負極、鋰電池隔膜、正極的順序依次疊制獲得鋰二次電池電芯，然后制備成鋰二次軟包電池。

進一步，步驟一中正極活性材料為97wt％的高鎳三元；導電劑為1wt％的導電碳黑和0.5wt％導電劑碳納米管；粘接劑為1.5wt％的PVDF；其中PVDF在NMP溶劑中的占比為5wt％。

進一步，步驟二中鋰帶厚度為0.075mm。