一种锂离子电池负极和锂离子电池制造技术

本实用新型专利技术提供了一种锂离子电池负极，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。本实用新型专利技术提供的锂离子电池负极材料在锂金属层表面溅射沉积一层锂硅合金层，利用锂金属和硅材料之间合金化的作用，在锂金属表面形成一个合金层，使得锂离子能更均匀的沉积在锂负极表面，从而解决了枝晶生长问题，提高了锂金属电池循环库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极和锂离子电池
本技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种锂离子电池负极和锂离子电池。
技术介绍
锂金属是新型锂电池体系里面非常有应用前景的电极材料。锂金属的比能量密度高达3860mAh/g,是现有石墨负极的近10倍。同时锂金属负极的使用可以进一步扩展当前可以使用的锂电池正极材料。传统配合石墨负极的正极材料需要含有锂元素，而采用锂金属负极可以与广泛高比能量的，不含锂元素的正极材料相匹配(像五氧化二钒,硫等)。这类电池的比能量密度可达到现有锂离子电池的3-5倍。然而，现有锂金属负极的广泛应用还存在一定难度。例如锂金属负极存在枝晶生长问题，从而导致锂金属电池循环库伦效率低的问题，目前尚待解决。
技术实现思路
有鉴于此，本技术要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极，本技术提供的锂离子电池负极材料锂金属电池循环库伦效率高。本技术提供了一种锂离子电池负极，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。其中，该锂硅合金层的成分为LixSi-SiOx，LixSi-SiOx是LixSi与SiOx的混合物，x可为0-5之间的数字，如Li4.4Si。优选的，所述锂硅合金层的厚度为50～350nm。优选的，所述锂硅合金层的厚度为60～340nm。优选的，所述锂硅合金层的厚度为60～330nm。优选的，所述锂金属层厚度为10～1000μm；更优选为20～500μm；最优选为30～100μm本技术提供了一种锂离子电池，包括上述技术方案所述的锂离子电池负极。本技术提供了一种新能源汽车，包括上述技术方案所述的锂离子电池。本技术的锂离子电池可以用于各种用电设备上，如3C电子设备、无人机及扫地机器人等类似设备。本锂电池也可用于大规模储能，电网储能。与现有技术相比，本技术提供了一种锂离子电池负极，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。与现有技术相比，有益效果是：本技术提供的锂离子电池负极材料在锂金属层表面溅射沉积一层锂硅合金层，利用锂金属和硅材料之间合金化的作用，在锂金属表面形成一个合金层，在循环进行的电池反应中，可以使得锂离子能更均匀的沉积在锂负极表面，从而解决了枝晶生长问题，提高了锂金属电池循环库伦效率。本技术的金属锂层是发生电池电化学反应的结构层，而锂硅合金层应当能容许锂离子穿过，从而使电化学反应顺利进行。锂硅合金层较为平坦，锂硅合金层改变了原本的金属锂层的粗糙表面特征。这就避免了金属锂直接与电解液直接接触而发生电化学循环反应而逐渐形成枝晶。保护层使得锂离子均匀地沉积溶出，从而有效避免了锂枝晶的生长。而现有技术的金属锂层若发生枝晶生长，在反复的充放电循环中，枝晶生长会持续的进行，表现为枝晶越来越长，当枝晶透过隔膜孔隙触及到正极时，就会引发电池短路，导致安全事故。锂硅合金层主要起到防护、离子通透的作用，锂硅合金层具有一定的物理强度，可以有效的阻止枝晶生长进程，并且较薄的锂硅合金层可以容许正锂离子快速的通过，也就是说，锂硅合金层可以容许正锂离子双向的穿过，从而可以保证充放电反应的顺利进行，显著提升电池循环库伦效率。附图说明图1为本技术提供的锂离子电池负极的结构示意图；图2为本技术制备得到的负极材料进行拍照和扫描的结果图；图3为锂离子电化学沉积和溶出在原始锂箔和本技术实施例2制备的LixSi-SiO2改性锂箔上的表面形貌变化；图4为本技术实施例3制备的改性锂箔对称电池的电化学性能；(a)原始Li箔对称电池(红色)和改性锂箔对称电池(蓝色)的电压分布图。具体实施方式本技术提供了一种锂离子电池负极，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。其中，该锂硅合金层的成分为LixSi-SiOx，LixSi-SiOx是LixSi与SiOx的混合物，x可为0-5之间的数字，如Li4.4Si。其中，所述锂硅合金层是含锂化硅的薄膜层。本技术提供的锂离子电池负极材料包括锂金属层。本技术对于所述锂金属层不进行特殊限定；本领域技术人员熟知的即可；可以为锂箔；可以为锂片。本技术对于所述锂金属层厚度不进行特殊限定，本领域技术人员熟知锂离子电池负极材料的厚度即可；优选可以为优选可以为10～1000μm；更优选为20～500μm；最优选为30～100μm。本技术提供的锂离子电池负极材料包括设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。本技术所述锂硅合金层为包含锂硅合金的层即可；不仅仅为锂硅合金；即：可以为锂化硅和二氧化硅的混合涂层；或者为锂化硅和硅的混合涂层；或者为锂化硅与二氧化硅、硅的混合涂层；其中，这里的二氧化硅主要来自于硅暴露于空气中后的自然氧化，含量可能不会很高，具体含量目前试验中比较难确定。按目前实验条件，所导入的二氧化硅对锂负极没有负面影响。本技术所述锂硅合金层的制备方法优选具体为：采用磁控溅射的方式将硅沉积在锂金属层上，再加热熔融，得到。本技术所述磁控溅射和加热熔融的具体方式下述会有清楚的描述，在此不再赘述。按照本技术，所述锂金属层的厚度优选为50～350nm；更优选为60～340nm；最优选为60～330nm。本技术人创造性的发现在锂金属层表面溅射沉积一层锂硅合金层，利用锂金属和硅材料之间合金化的作用，在锂金属表面形成一个合金层，使得锂离子能更均匀的沉积在锂负极表面，同时通过上述层厚度的控制使得最终循环库伦效率更高。本技术提供了一种锂离子电池负极，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。本技术所述锂离子电池负极具体结构如图1所示，其中图1为本技术提供的锂离子电池负极的结构示意图，其中1为锂金属层，2为锂硅合金层。具体结构和组成上述已经有清楚的描述在此不再赘述。本技术的锂硅合金层可以处于微米级或者纳米级厚度，这主要取决于工艺实现条件或者成本，可以预见的是，降低锂硅合金层的厚度，甚至低于50纳米的厚度，将提升电池效率。也就是说，当锂硅合金层设置为纳米级时，降低其厚度，将有助于提升锂离子的传输效率，从而提升电池效率，但相应的锂硅合金层厚度越低，越不容易保持锂硅合金层的自身完整性，以及较薄的锂硅合金层其物理强度也相应的较低。如果锂硅合金层达到微米级，那么将降低锂离子的穿透速率，增加电极界面阻抗，降低电池的效率。本方案优选为设置为薄层的锂硅合金层，在50纳米至350纳米的范围内，降低锂硅合金层的厚度，将显著提升电池效率，锂硅合金层的机械强度依然能处于容许范围内。其中上述锂金属层和锂硅合金层上述已经有清楚的描述，在此不再赘述。按照本技术，所述锂硅合金层的总厚度优选为50～350nm；更优选为60～330nm。本技术提供了一种锂离子电池负极的制备方法，包括：A)在低含氧量、低含水量的环境下，将锂金属层连接在基材上；B)整体转移到磁控溅射生长室中，在惰性气体气氛下，采用磁控溅射的方式将硅沉积在锂金属层上，得到沉积硅的锂金属层；C)整体转移到板材上，加热、锂化，得到锂离子电池负极材料。优选的，磁控溅射的基材必须是导电的材料，一般会用金属基材如不锈钢片，铜片。本技术提供的一种锂离子电池负极材料的制备方法首先提供锂金属层。本技术对于所述锂金属层不进行特殊限定；本领域技术人员熟知的即可；可以为锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括：锂金属层；设置于所述锂金属层上的锂硅合金层。2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述锂硅合金层的厚度为50～350nm。3.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述锂硅合金层的厚度为60～340nm。4.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述锂硅合金层的厚度为60～330nm。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乐伍，王少武，刘丹，
申请(专利权)人：广东猛狮新能源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44