一种负极及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术涉及一种负极及其制备方法、以及包括该负极的锂电池。根据本发明专利技术的负极，包括：锂负极片；沉积于锂负极片的至少一面的LiF层；沉积于LiF层的LiAlF4层。本发明专利技术的锂电池包括本发明专利技术的负极。本发明专利技术的负极的制备方法，包括步骤：提供锂负极片；采用磁控溅射法在锂负极片的至少一面沉积LiF层；采用磁控溅射法在LiF层沉积LiAlF4层，得到锂负极。根据本发明专利技术的负极，既能防止锂枝晶的生长，从而保证了包括本发明专利技术负极的锂电池的安全性能；也能保证包括本发明专利技术的负极的锂电池具有良好的锂离子电导率。本发明专利技术的制备方法，无氟气排放，对反应容器或设备的材质无特殊要求，且保证了锂负极片、LiF层和LiAlF4层的稳定性。

A negative electrode and its preparation method, lithium battery

The invention relates to a negative electrode, a preparation method thereof and a lithium battery including the negative electrode. According to the invention, the cathode comprises a lithium negative plate, a LiF layer deposited on at least one side of the lithium negative plate, and a LiAlF4 layer deposited on the LiF layer. The lithium battery of the present invention includes the negative electrode of the present invention. The preparation method of the negative electrode comprises the following steps: providing lithium negative plate; depositing LiF layer on at least one side of the lithium negative plate by magnetron sputtering method; and depositing LiAlF4 layer on the LiF layer by magnetron sputtering method to obtain lithium negative plate. The negative electrode according to the present invention can not only prevent the growth of lithium dendrite, thereby ensuring the safety performance of the lithium battery including the negative electrode of the present invention, but also ensure that the lithium battery including the negative electrode of the present invention has good lithium ion conductivity. The preparation method of the invention has no fluorine emission, no special requirements for the material of reaction vessel or equipment, and ensures the stability of lithium negative plate, LiF layer and LiAlF4 layer.

【技术实现步骤摘要】
一种负极及其制备方法、锂电池
本专利技术涉及锂电池的
，尤其涉及一种负极及其制备方法、和锂电池。
技术介绍
商用液态锂离子电池含有低燃点液态有机电解液，容易出现漏液、易燃易爆等安全问题，很大程度上限制了液态锂离子电池的应用领域。而随着电动汽车和智能电网等大型储能装置的逐渐普及，对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。其中，液态锂离子电池安全性能方面的问题，在一定程度上是由于在充放电过程中，锂负极片上生长锂枝晶造成的。全固态电池在提升能量密度和安全性能方面，相对于液态锂离子电池来说，具有一定的优势。但其自身也存在一些技术问题。例如：薄膜全固态电池，一般采用无机固态电解质材料LiPON，厚度在2um以下的金属锂负极，其具有上万次的循环寿命、且可以入水使用、在180℃受热也不会爆炸；但在大电流充放电时，其也会存在生长锂枝晶而影响安全性的问题。例如：体型全固态电池，采用金属锂负极提高了电池的能量密度，但在大电流充放电的情况下，锂枝晶生长等安全性问题异常突出。目前，一般会采用LiF等无机固态材料覆盖于锂负极片。一方面，无机固态材料的电化学稳定窗口(如：LiF可达5V以上)可与金属锂、高电压正极材料等匹配；另一方面，无机固态材料膜层具有良好的化学惰性和高于金属锂的机械强度(如LiF剪切模量为55.1GPa，而金属锂的剪切模量为4.9Gpa)，因此能够很好的抑制锂枝晶的产生和生长，可以提高锂电池的安全性能。但单一的无机固态材料层，如：LiF层，一般为电子的不良导体，该膜层覆盖于锂负极片的表面，虽然能够抑制锂枝晶的产生和生长，但当其用于锂电池时，尤其是用于全固态电池时，会导致锂电池电阻增大，锂离子电导率降低，从而降低锂电池的倍率性能。另外，在现有技术中，LiF层覆盖于锂负极片表面的制备方法一般采用化学反应制备而成，例如：斯坦福大学崔仪研究组应用氟碳化合物在350℃热解产生氟气，产生的氟气与金属锂箔在175℃长时间(如12h)反应，生成LiF层覆盖金属锂箔。一方面，该方法生成氟气，氟气具有极强的腐蚀性，因此要求所用设备的材质不能与氟气发生反应；另一方面，175℃金属锂接近熔融液态，容易与手套箱中微量氧和水汽反应，在LiF层产生氧化物或者氢氧化物等杂质，使LiF层的稳定性变差。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种负极，该负极不仅可以防止锂枝晶的生长，提高锂电池的安全性，还可以保证锂离子电导率，从而可以进一步提高锂电池的倍率性能。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：根据本专利技术的一方面，提供了一种负极，包括：锂负极片；沉积于所述锂负极片至少一面的LiF层；沉积于所述LiF层的LiAlF4层。根据本专利技术负极的一种实施方式，包括：锂负极片；分别沉积于所述锂负极片的第一面和第二面的LiF层；分别沉积于所述LiF层的LiAlF4层。根据本专利技术负极的一种实施方式，所述锂负极片的厚度为0.8um～1000um；所述LiF层的厚度为10nm～200nm，优选50nm～100nm；所述LiAlF4层的厚度为10nm～200nm，优选80～180nm。根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂电池，包括本专利技术的锂负极。根据本专利技术锂电池的一种实施方式，所述锂电池为全固态电池。根据本专利技术锂电池的一种实施方式，所述全固态电池为体型全固态电池，所述负极包括：锂负极片；分别沉积于所述锂负极片的第一面和第二面的LiF层；分别沉积于所述LiF层的LiAlF4层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种负极的制备方法，包括步骤：提供锂负极片；采用磁控溅射法在所述锂负极片的至少一面沉积LiF层；采用磁控溅射法在所述LiF层沉积LiAlF4层，得到所述负极。根据本专利技术制备方法的一种实施方式，包括步骤：S1：采用磁控溅射法在所述锂负极片的第一面沉积LiF层；S2：采用磁控溅射法在第一面的所述LiF层沉积LiAlF4层。根据本专利技术制备方法的一种实施方式，进一步包括步骤：S3：采用磁控溅射法在所述锂负极片的第二面沉积LiF层；S4：采用磁控溅射法在第二面的所述LiF层沉积LiAlF4层。根据本专利技术制备方法的一种实施方式，所述磁控溅射法是将磁控溅射设备置于手套箱中进行；优选地，所述LiF层的沉积时间为0.2h～72h；优选地，所述LiAlF4层的沉积时间为0.2h～72h。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：根据本专利技术的负极，第一方面，在锂负极片沉积了LiF层，防止了锂枝晶的生长，从而提高了包括本专利技术负极的锂电池的安全性能。第二方面，在LiF层沉积了LiAlF4层，由于LiAlF4具有良好的锂离子电导率，也能提高包括本专利技术负极的锂电池具有良好的锂离子电导率，从而提高锂电池的倍率性能。第三方面，LiF和LiAlF4具有相同的F离子和Li离子，因此LiF层和LiAlF4之间具有良好的界面兼容性，从而可以提高含有本专利技术负极的锂电池的锂离子电导率，从而提高锂电池的倍率。第四方面，本专利技术的负极沉积了两层膜，由于只沉积一层膜时会存在由于层错造成缝隙，而在沉积第二层膜时，可以在一定程度上填充第一层膜的缝隙，从而降低了极片的电阻，从而提高了含有本专利技术负极的锂电池的锂离子电导率，从而提高锂电池的倍率性能。第五方面，LiAlF4能提高锂离子电导率，但若LiAlF4直接与锂负极片接触会与锂负极片发生氧化还原反应，因此LiF层既可以防止锂枝晶生长，又可以防止LiAlF4与锂负极片直接接触发生氧化还原反应，从而可以保护锂负极片，这种巧妙的设计既可以防止锂枝晶生长又可以提高锂离子电导率，还可以防止锂负极片与LiAlF4发生氧化还原反应。根据本专利技术的锂电池，尤其是全固态电池，尤其是体型全固态电池，由于含有本专利技术的极片，从而具有良好的安全性能和锂离子电导率。其中体型全固态电池为：非硅片为基底的高能量密度(大于150瓦时/公斤)的固态锂电池。根据本专利技术的极片的制备方法，第一方面，采用磁控溅射法，沉积得到了厚度均匀的LiF层和LiAlF4层。第二方面，在沉积过程中没有氟气产生，因此对反应容器或设备的材质无特殊要求。第三方面，由于在磁控溅射设备中进行沉积，并将磁控溅射设备置于手套箱中进行，不管是在磁控溅射设备内的沉积过程中，还是在将极片放入和/或取出磁控溅射设备的过程中，均可以在最大程度上避免锂负极片、LiF层和/或LiAlF4层，与空气和水接触的机会，从而可以避免产生氧化物或者氢氧化物等杂质，从而保证了锂负极片、LiF层和LiAlF4层的稳定性。第四方面，由于采用磁控溅射法沉积LiF层和LiAlF4层，因此，使形成的LiF层呈玻璃态，LiAlF4呈无定形态，从而提高了包含本专利技术负极的锂电池的锂离子电导率。具体实施方式下面将结合实施方式对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施方式中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的一方面，提供了一种负极，包括：锂负极片；沉积于锂负极片至少一面的LiF层；沉积于LiF层的LiAlF4层。根据本专利技术的负极，第一方面，在锂负极片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极，其特征在于，包括：锂负极片；沉积于所述锂负极片至少一面的LiF层；沉积于所述LiF层的LiAlF4层。

【技术特征摘要】
1.一种负极，其特征在于，包括：锂负极片；沉积于所述锂负极片至少一面的LiF层；沉积于所述LiF层的LiAlF4层。2.如权利要求1所述的负极，其特征在于，包括：锂负极片；分别沉积于所述锂负极片的第一面和第二面的LiF层；分别沉积于所述LiF层的LiAlF4层。3.如权利要求1所述的负极，其特征在于，所述锂负极片的厚度为0.8um～1000um；所述LiF层的厚度为10nm～200nm，优选50nm～100nm；所述LiAlF4层的厚度为10nm～200nm，优选80～180nm。4.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1～3任一所述的锂负极。5.如权利要求4所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池为全固态电池。6.如权利要求5所述的锂电池，其特征在于，所述全固态电池为体型全固态电池，所述负极包括：锂负极片；分别沉积于所述锂负极片的第一面和第二面的LiF层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈渊，周美丽，倪海芳，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54