一种锂金属负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极结构组合及其制备方法。一种锂金属负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的锂金属负极层，所述负极集流体、锂金属负极层和表面修饰层叠加设置，所述锂金属负极层包括锂金属活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。表面修饰层对锂金属负极层表面具有修饰作用，改善锂金属负极层的表面缺陷，避免在充放电的过程，电荷在锂金属负极层上分布不均匀，形成锂枝晶，刺破电解质隔膜层，造成电池短路。同时，限制锂枝晶形成在锂金属负极层之上，使得电荷均匀的分布在锂金属负极层之上，提高锂金属负极层的比容量密度。

Lithium metal negative pole structure combination and preparation method thereof, lithium battery core

The invention relates to the technical field of lithium batteries, in particular to a lithium metal negative pole structure combination and a preparation method thereof. A combination of lithium metal negative electrode structure, including negative electrode structure and surface modification layer formed on the negative electrode structure. The negative pole structure includes negative electrode fluid and lithium metal negative layer formed on the negative electrode fluid, the negative electrode fluid, lithium metal negative layer and surface modification layer are superimposed, the lithium metal. The negative layer includes lithium metal active material, and the surface modification layer includes lithium compounds having ion conduction characteristics. The surface modification layer has the modification effect on the surface of the lithium metal negative electrode layer, improving the surface defects of the lithium metal negative electrode layer, avoiding the uneven distribution of the charge on the lithium metal negative layer, forming the lithium dendrite and piercing the electrolyte membrane layer, causing the battery short circuit. At the same time, the lithium dendrite is formed on the lithium metal negative layer, which makes the charge evenly distributed over the anode layer of the lithium metal, and improves the specific capacity density of the lithium metal negative electrode layer.

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属负极结构组合及其制备方法、锂电池电芯
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂金属负极结构组合及其制备方法。
技术介绍
自1990年以来，锂电池被广泛应用于电子行业和储能行业。负极材料作为锂电池的重要组成部分，直接影响着锂电池的电压、比容量和能量密度。传统的锂金属负极比容量偏低(～300mAh/g)，而锂金属负极材料具有最高的比容量(～3862mAh/g)，被认为新一代高比能量锂电池的负极材料。然而在充放电循环过程中，锂金属基负极的锂电池会生成锂枝晶，刺穿隔膜造成电池短路，发生爆炸。这主要是由于锂金属负极表面缺陷、隔膜厚度不均匀、孔径大小及孔分布不均匀等原因，造成锂金属负极上电流分布得不均匀，从而在部分区域形成锂枝晶。锂枝晶的形成既会造成电池短路爆炸，也会影响电池的寿命。因此，如何保证锂金属电极表面电流分布均匀并生成均一稳定的修饰膜将是解决锂金属电极应用于高能量密度锂电池的关键问题。
技术实现思路
为克服目前锂金属基负极锂电池存在安全性较差且电池寿命短问题，本专利技术提供一种结构稳定、比容量高的一种锂金属负极结构组合及其制备方法。本专利技术为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种锂金属负极结构组合，包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的锂金属负极层，所述负极集流体、锂金属负极层和表面修饰层叠加设置，所述锂金属负极层包括锂金属活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。优选地，所述表面修饰层包括的具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。优选地，所述表面修饰层的厚度为20－120nm。本专利技术为了解决上述技术问题，还提供另一技术方案：一种锂金属负极结构组合的制备方法，包括以下步骤：提供形成有锂金属负极层的负极集流体，然后在锂金属负极层上远离负极集流体一侧利用物理气相沉积法形成所述表面修饰层，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。优选地，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。优选地，利用物理气相沉积法在所述锂金属负极层上形成表面修饰层的方法具体为磁控溅射法，所述磁控溅射法的步骤具体为：提供形成有锂金属负极层的负极集流体作为基板；安装表面修饰层靶材；将腔体真空抽到5×10-4Pa以下；加热基片架的温度；调节气压、溅射功率、通入气体进行溅射。优选地，基片架温度为：50-120℃，调节气压为0.2-3Pa，溅射功率为：80-120W。优选地，当所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为锂磷氧氮固态电解质(LiPON)时，基片架温度为：50-120℃，溅射功率为：80-120W，气压为0.2-0.5Pa、通入的气体为氮气。本专利技术为了解决上述技术问题，提供又一技术方案：一种锂电池电芯，包括上述所述的锂金属负极结构组合，还包括正极结构以及电解质，所述正极结构跟所述负极结构组合相对设置，所述电解质位于负极结构组合和正极结构之间，所述表面修饰层跟所述电解质接触。相对于现有技术，表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物，使得表面修饰层能作为固态电解质薄膜层，具有很好的离子传导性能，保证导电离子在电解质和锂金属负极层之间传导，保证导电性能。表面修饰层稳定性好，对锂金属负极层有很好的表面修饰作用，改善锂金属负极层的表面缺陷，避免在反复充放电的过程，电荷在锂金属负极层上分布不均匀，形成锂枝晶，刺破电解质隔膜层，造成电池短路，引发爆炸事故的现象。同时，限制锂枝晶形成在锂金属负极层之上，使得充放电的过程中，电荷均匀的分布在锂金属负极层之上，提高锂金属负极层的比容量。所述表面修饰层的厚度为20-120nm既能保证导电离子在电解质和锂金属负极之间的传导性，保证导电性能，同时对锂金属负极层有很好的修饰作用，改善锂金属负极层表面缺陷。利用磁控溅射法在锂金属负极层上远离负极集流体形成所述表面修饰层，能很好的保证表面修饰层的均匀性和致密性，使得形成的表面修饰层的稳定性高。进一步地，可以通过调节不同的溅射气压、功率和溅射时间的长短，得到厚度合适，均匀性和致密性好的表面修饰层，使得负极结构适用于不同电压需求的电池中。更进一步地，当所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物为锂磷氧氮固态电解质(LiPON)时、气压优选为0.2-0.5Pa，使得表面修饰层的均匀性及致密性更好。本专利技术的提供了一种锂离子电芯，包括上述所述的锂金属负极结构组合，正极结构以及电解质，所述正极结构跟所述负极结构组合相对设置，所述电解质位于负极结构组合和正极结构之间，所述表面修饰层跟所述电解质接触。锂电池电芯包括锂金属负极结构组合，所述负极结构组合包括表面修饰层，表面修饰层对锂金属负极层有很好的修饰作用，改善锂金属负极层的表面缺陷，避免在反复充放电的过程，电荷在锂金属负极层上分布不均匀，形成锂枝晶，刺破电解质隔膜层，造成锂电池电芯短路，引发爆炸事故的现象。同时，限制锂枝晶形成在锂金属负极层之上，使得充放电的过程中，电荷均匀的分布在锂金属负极层之上，提高锂电池电芯的能量密度和循环寿命。【附图说明】图1是本专利技术中锂金属负极结构组合的整体结构示意图；图2是本专利技术中所述表面修饰层形成在所述锂金属负极层之上的流程图；图3是本专利技术中锂电池电芯的整体结构示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，一种锂金属负极结构组合10，锂金属负极结构组合10包括负极结构100和形成在所述负极结构100上的表面修饰层200。所述负极结构100包括负极集流体1001和形成在所述负极集流体1001上的锂金属负极层1002。所述表面修饰层200形成在所述锂金属负极层1002之上，且所述负极集流体1001、锂金属负极层1002和表面修饰层200叠加设置。所述锂金属负极层1002包括锂金属活性材料，所述表面修饰层200包括具有离子传导特性的锂化合物。集流体，是指汇集电流的结构或者零件，在离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔，泛指可以包括极耳。其主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。集流体一般分为正极集流体和负极集流体，在锂电池材料中一般采用铝箔作为正极集流体，铜箔作为负极集流体。具体原因为，铝容易氧化，在其表面容易形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂金属负极结构组合，其特征在于：包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的锂金属负极层，所述负极集流体、锂金属负极层和表面修饰层叠加设置，所述锂金属负极层包括锂金属活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂金属负极结构组合，其特征在于：包括负极结构和形成在所述负极结构上的表面修饰层，所述负极结构包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的锂金属负极层，所述负极集流体、锂金属负极层和表面修饰层叠加设置，所述锂金属负极层包括锂金属活性材料，所述表面修饰层包括具有离子传导特性的锂化合物。2.如权利要求1所述的锂金属负极结构组合，其特征在于：所述表面修饰层包括的具有离子传导特性的锂化合物为卤化锂(LiX，X＝F、Cl、Br、I)、氮化锂(Li3N)、磷化锂(Li3P)、Li2A(A＝O、S、Se等)、磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。3.如权利要求1所述的锂金属负极结构组合，其特征在于：所述表面修饰层的厚度为20-120nm。4.一种锂电池电芯，其特征在于包括如权利要求1-3中任一项所述的锂金属负极结构组合。5.如权利要求4所述的锂电池电芯，其特征在于：还包括正极结构以及电解质，所述正极结构跟所述负极结构组合相对设置，所述电解质位于负极结构组合和正极结构之间，所述表面修饰层跟所述电解质接触。6.一种锂金属负极结构组合的制备方法，其特征在于包括以下步骤：提供形成有锂金属负极层的负极集流体，然后在锂金属负极层上远离负极集流体一侧利用物理气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，宋世湃，
申请(专利权)人：成都亦道科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：四川,51