[發(fā)明專利]一種復合鎂鋰合金負極片及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114843439A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 洪意聞;史永剛;甘志健;許濤;李洋;朱冠楠;蔡毅
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 杜袁成;劉傳旭

本發(fā)明公開了一種復合鎂鋰合金負極片及其制備方法和應用，屬于鋰離子電池領域。該復合鎂鋰合金負極片，包括鎂鋰合金集流層和涂覆于鎂鋰合金集流層的膨潤土混合物粘合劑與硅基活性材料混合的混合涂料層，膨潤土混合物粘合劑具有堿金屬氧化物結構，可以降低鎂鋰合金腐蝕電流，使腐蝕電位向正向移動的特點，同時，隨著硅基活性材料膨脹，膨潤土良好的膨脹容性使得硅不易與集流體分離，保證了負極端的結構完整性，提高了電池的庫倫效率。同時，膨潤土良好的膨脹容性避免了硅基材料體積膨脹時導致和集流體的電子通道失效。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及到一種復合鎂鋰合金負極片及其制備方法和應用。

背景技術

隨著鋰離子電池作為動力電池的使用，電動載具有了飛躍性的發(fā)展，但石墨和銅箔組成的負極片已經(jīng)無法滿足鋰離子電池高比能、大功率輸出等的需求，因而如何提高鋰電池的倍率性能和能量密度等是本發(fā)明人一直在研究的課題。

鋰金屬因其具有高比能的優(yōu)勢而成為鋰電池最理想的負極片，但當鋰離子電池使用鋰金屬作為負極材料時，會存在鋰離子通量不均勻以及電流密度較大容易產(chǎn)生鋰枝晶，鋰離子自生金屬活潑性會導致無限體積變化等的問題，電池安全和倍率性能都會產(chǎn)生不可逆的影響。

鋰鎂合金作為密度最小的鎂合金，具有超輕、易塑形和吸震性能強等特點。當其作為鋰離子電池負極材料時，鎂鋰合金中鎂骨架保證了負極活性材料的穩(wěn)定性，在循環(huán)過程中不易產(chǎn)生斷裂、粉化、凸起和枝晶。同時，鋰鎂合金具有較高且穩(wěn)定的鋰沉積/溶解效率，更易形成穩(wěn)定的固體電解質界面膜(SEI膜)，減少副反應發(fā)生。但是，將鎂鋰合金用于商用電芯的負極端材料時，仍存在以下問題：(1)在電解液中，負差效應導致鎂鋰合金腐蝕電流增加，鎂離子逐漸溶出；(2)鎂鋰合金表面容易生成一層灰色薄膜，使得鋰離子不能穿透，影響了電化學性能；(3)鎂鋰合金在被腐蝕后，極化電阻增大，導致電流密度降低，從而影響倍率性能。

另一種較為常見的負極高比能材料是硅材料(高溫4200mAh/g，室溫3580mAh/g)，其具有低的脫鋰電位(＜0.5V)、環(huán)境友好、儲量豐富和成本較低等優(yōu)點，從而被認為是極具潛力的鋰離子電池負極材料。但是，硅基負極材料在商業(yè)量產(chǎn)過程中仍存在兩個關鍵問題需要解決：(1)硅材料在脫嵌鋰過程中反復膨脹收縮的體積變化(≥300％)，容易粉化、脫落，并最終導致活性材料失去電接觸而使電池徹底失效；(2)硅材料表面SEI膜的持續(xù)生長，會一直不可逆地消耗電池中有限的電解液和來自正極的鋰，最終導致電池容量的迅速衰減。

發(fā)明內容

1.要解決的問題

為了解決上述硅材料在脫嵌鋰過程中容易粉化、脫落等問題之一，本發(fā)明提供了一種復合鎂鋰合金負極片，包括鎂鋰合金集流層和涂覆于鎂鋰合金集流層至少一個表面的硅基活性材料混合涂料層，其中硅基活性材料混合涂料包括膨潤土混合物粘合劑和硅基活性材料，混合物粘合劑一方面，膨潤土混合物粘合劑具有堿金屬氧化物結構，可以降低鎂鋰合金腐蝕電流，使腐蝕電位向正向移動的特點；另一方面，隨著硅基活性材料膨脹，膨潤土良好的膨脹容性使得硅不易與集流體分離，保證了負極端的結構完整性，提高了電池的庫倫效率。

2.技術方案

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種復合鎂鋰合金負極片，該負極片包括鎂鋰合金集流層和涂覆于鎂鋰合金集流層表面的硅基活性材料混合涂料層，其中硅基活性材料混合涂料包括膨潤土混合物粘合劑和硅基活性材料，一方面膨潤土混合物粘合劑具有堿金屬氧化物結構，可以降低鎂鋰合金腐蝕電流，使腐蝕電位向正向移動的特點；另一方面，隨著硅基活性材料膨脹，膨潤土良好的膨脹容性使得硅不易與集流體分離，保證了負極端的結構完整性，提高了電池的庫倫效率。

優(yōu)選地，上述鎂鋰合金集流層的兩面均涂覆有硅基活性材料混合涂料層。

優(yōu)選地，上述涂覆是指電池涂布工藝，即將穩(wěn)定性好、粘度好和流動性好的漿料均勻地涂覆于集流體上，包括轉移式涂布和擠出式涂布。