二次电池负极、其制备方法和二次电池技术

提供了一种二次电池负极、其制备方法和包括该负极的二次电池。二次电池负极由集流体和位于集流体单面或双面的锂膜和/或锂复合材料膜组成，锂膜或锂复合材料膜的厚度范围为大于等于1微米至小于40微米。制备二次电池负极的方法包括：通过真空镀膜，在集流体的单面或双面上形成锂膜和/或锂复合材料膜。可以针对不同的电池体系镀不同的膜厚度，使金属锂或锂复合材料的容量得到充分发挥。

【技术实现步骤摘要】
二次电池负极、其制备方法和二次电池
本专利技术涉及二次电池的领域，尤其涉及一种新型的、制备工艺简单的二次电池负极及使用该负极的二次电池。
技术介绍
近年来，随着智能手机、平板电脑、电动汽车等电器产品对高能量化学电源的需求，以及石油煤炭资源的不可再生及燃烧化石资源对环境的污染，高能量密度的二次电池成为研究的热点。目前以石墨为负极，磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等为正极的二次电池的比能量发展空间有限，几乎达到极限值。锂二次电池中，金属锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的比容量(3860mAh/g)，能满足电极材料高能量密度的要求，国内外很多科研院所和公司转向以锂为负极的二次电池的研发及应用，例如锂硫电池比能量目前已达到400wh/kg，是目前商用的锂离子二次电池体系比能量的2倍，应用前景不可估量。在以锂为负极的二次电池中，目前制备电池负极采用的工艺是先制备得到超薄锂带，再通过特殊工艺将超薄锂带和集流体复合到一起，工艺路线复杂；超薄锂带目前商用能买到的最薄厚度是50微米，对于以锂为负极的二次电池，50微米的厚度还是稍厚一些。目前仍需要更轻薄化且锂膜厚度均匀的锂负极。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种更轻薄且锂膜厚度均匀的二次电池负极，一种工艺路线简单的制备该负极的方法，以及包含该负极的二次电池。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案实现。根据本专利技术的一个方面，提供一种二次电池负极，其特征在于，所述负极由集流体和位于集流体单面或双面的锂膜和/或锂复合材料膜组成，锂膜或锂复合材料膜的厚度范围为大于等于1微米至小于40微米。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备上述二次电池负极的方法，其特征在于，所述方法包括：通过真空镀膜，在集流体的单面或双面上形成锂膜和/或锂复合材料膜。根据本专利技术的再一个方面，提供一种二次电池，其特征在于，所述的二次电池包括上述负极，优选所述的二次电池为锂硫电池、锂空气电池或锂全固态电池。本专利技术可以具有以下技术效果中的至少一种：(1)负极锂膜或锂复合材料膜厚度小且均匀，实现了锂负极的轻薄化；(2)制备负极的工艺路线简单，有利于大规模的生产和应用；(3)可以根据不同的电池体系镀不同厚度的均匀的锂膜或锂复合材料膜，使金属锂或锂复合材料的容量得到充分发挥。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术的一个实施方案的成卷负极的正视图。图2为图1的成卷补锂负极沿A-A线的剖面图。图3是根据本专利技术的一个实施方案的叠片式二次电池的结构示意图，图中1是正极材料层；1’是正极集流体；2是锂膜或锂复合材料膜；2’是负极集流体；3是隔膜；4是正极极耳；5是负极极耳。图4为根据本专利技术的一个实施方案的卷绕式二次电池的结构示意图，图中6是由正极材料层与正极集流体组成的正极；7是由锂膜或锂复合材料膜与负极集流体组成的负极；3是隔膜。图5为本专利技术实施例1中制备的电池的循环性能图。图6为本专利技术实施例2中制备的电池的循环性能图。图7为本专利技术实施例3中制备的电池的循环性能图。图8为本专利技术实施例4中制备的电池的循环性能图。图9为本专利技术实施例5中制备的电池的循环性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一些具体实施方式进行描述。应当理解，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，本领域技术人员能够根据本公开的教导设想其他各种实施方案并能够对其进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。图1显示了根据本专利技术的一个实施方案的二次电池负极的正视图。该负极为成卷形式，且为集流体两面覆膜形式，即，在集流体2的两面具有锂膜或锂复合材料膜1。图2为图1的成卷负极沿A-A线的剖面图。需要指出的是，图1和2中锂膜或锂复合材料膜1及集流体2的宽度可以任意化，不一定按图中比例，但是锂膜或锂复合材料膜1的宽度不超过集流体2的宽度。另外，在形成锂复合材料膜用于补锂的情况下，锂复合材料膜可以具有单层结构(即，单层锂复合材料膜)，也可以具有多层结构，例如，锂层/锂复合材料层，锂层/锂复合材料层/锂层，或者更多层的锂层/锂复合材料层交替结构。可用于本专利技术的集流体包括金属箔、碳涂层金属箔和泡沫金属，例如，铜箔、镍箔、碳涂层铜箔、泡沫铜、泡沫镍等。金属箔，例如铜箔的厚度可以为5～10微米。碳涂层金属箔中碳涂层的厚度可以为1～5微米。泡沫金属的厚度可以为0.1～0.5mm。集流体的宽度可以为10-1000mm。本专利技术中，锂膜或锂复合材料膜是通过真空镀膜形成在集流体上的。在某些实施方式中，可以借助放卷和收卷装置，将成卷的集流体展开通过真空镀膜装置，在其中通过真空镀膜，在集流体的单面或双面上形成锂膜或锂复合材料膜。锂膜或锂复合材料膜的厚度可以为1-40微米，优选10-30微米。可以通过多次镀膜，形成锂复合材料的多层膜。可用于本专利技术的锂复合材料为金属锂与至少一种其他元素形成的二元或多元复合材料，所述其他元素选自由铝元素、镁元素、硼元素、硅元素、铟元素、锌元素、银元素、钙元素和锰元素组成的组。例如，锂复合材料可以包括金属锂与至少一种其他元素形成的二元或多元合金。所述的至少一种其他元素在锂复合材料中的质量含量为0.1％～40％，优选0.1％～20％，更优选0.5％～10％。真空镀膜可以在10-2～10-5Pa的真空度和500～1500℃的温度下进行。镀膜时间可以是约1～20秒。在真空蒸镀复合材料膜时，可以在真空镀膜装置中设置金属锂源和一个或多个其他元素源，加热金属锂源(一个或多个其他元素源也可以同时加热)，将金属锂蒸发，在负极材料表面上快速镀上一层锂膜(锂膜的厚度可以为几个微米以下，例如小于2微米)，然后再将一个或多个其他元素源升温以蒸发其他元素。由于高真空条件下，其他元素的高温蒸汽原子的挥发速度比较快，穿透能力比较强，在锂膜上沉积时，部分蒸汽原子会穿透到锂膜中间或在表面上沉积，由于金属锂原子活跃性及自焊接性能极强，这些蒸汽原子与金属锂原子瞬间产生相互溶解、熔融和固化的过程，和锂形成锂-其他元素复合材料膜。也可以再次进行金属锂镀膜，形成锂/其他元素/锂形态复合材料膜。本专利技术的二次电池包括上述负极，还包括正极、电解液、隔膜及外壳。本专利技术二次电池的正极包括正极集流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池负极，其特征在于，所述负极由集流体和位于集流体单面或双面的锂膜和/或锂复合材料膜组成，锂膜或锂复合材料膜的厚度范围为大于等于1微米至小于40微米。

【技术特征摘要】
1.一种二次电池负极，其特征在于，所述负极由集流体和位于集流体单面或双面的锂膜和/或锂复合材料膜组成，锂膜或锂复合材料膜的厚度范围为大于等于1微米至小于40微米。2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述的锂膜或锂复合材料膜的厚度的波动不超过1微米。3.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述的锂复合材料为金属锂与至少一种其他元素形成的二元或多元复合材料，所述其他元素选自铝元素、镁元素、硼元素、硅元素、铟元素、锌元素、银元素、钙元素和锰元素；优选所述的锂复合材料包括金属锂与至少一种其他元素形成的二元或多元合金。4.根据权利要求3所述的负极，其特征在于，所述的至少一种其他元素在锂复合材料中的质量含量为0.1％～40％，优选0.5％～20％，更优选1％～10％。5.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述的集流体为金属箔、碳涂层金属箔或泡沫金属，优选为铜箔、镍箔、碳涂层铜箔、泡沫铜和泡沫镍中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆娜，陈强，牟瀚波，贾振勇，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12