一种具有复合层结构的电极和锂电池制造技术

本发明专利技术提供一种具有复合层结构的电极和锂电池，具有复合层结构的电极包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。该具有复合层结构的电极不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的安全性能和循环寿命。

A kind of electrode and lithium battery with composite layer structure

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合层结构的电极和锂电池
本专利技术涉及一种电极，尤其涉及一种具有复合层结构的电极和锂电池，属于锂电池

技术介绍
随着动力汽车的崛起，人们对于高能量密度储能设备的追求越来越迫切，传统碳材料负极由于价格便宜，安全可逆循环次数高等诸多有利条件而得到了广泛应用。但是，碳材料负极理论容量较低(372mAh/g)已经越来越难以满足人们对高能量密度的追求。锂金属负极材料因其非常高的理论容量(3860mAh·g-1)和最负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)而被称为二次锂电池的“圣杯”，受到了人们的广泛关注，但锂金属负极存在的缺点也是显而易见的。如金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化，不仅降低了电池的容量，更会造成安全隐患，缩短电池使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有复合层结构的电极，该具有复合层结构的电极能够使锂离子均匀沉积，不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。本专利技术还提供一种具有复合层结构的电极的制备方法，该制备方法简单易行，能够以低制造成本得到不会发生锂枝晶现象的具有复合层结构的电极。本专利技术还提供一种具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用，该具有复合层结构的电极作为负极有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。本专利技术还提供一种锂电池，该锂电池具有优异的能量密度、安全性能和循环寿命。本专利技术提供一种具有复合层结构的电极，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的材料包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂单质的材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂氧化物的材料选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述反钙钛矿层的材料选自锂基反钙钛矿材料。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的厚度为0.1-10μm，所述第二亲锂层的厚度为0.5-10μm，所述反钙钛矿层的厚度为0.1-2μm。如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层覆盖于集流体的一侧，所述第二亲锂层沉积于所述第一亲锂层的一侧，所述反钙钛矿层沉积于所述第二亲锂层的一侧。本专利技术还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极的制备方法，包括以下步骤：在集流体的一侧形成第一亲锂层；在所述第一亲锂层上形成第二亲锂层；在所述第二亲锂层上形成反钙钛矿层，得到所述具有复合层结构的电极。专利技术还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用。本专利技术还提供一种锂电池，所述锂电池的负极为上述任一所述的具有复合层结构的电极。本专利技术的具有复合层结构的电极通过对多种亲锂性材料进行有序复合，能够使锂离子均匀的沉积在该具有复合层结构的电极的表面上，有效抑制了锂枝晶的生成，从而不仅有利于提高锂电池的能量密度，更提高了锂电池的安全性以及循环寿命。附图说明图1为本专利技术具有复合层结构的电极的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术具有复合层结构的电极的结构示意图，如图1所示，本专利技术的具有复合层结构的电极，包括集流体100和依序形成于集流体100表面的第一亲锂层201、第二亲锂层202以及反钙钛矿层203；其中，所述第一亲锂层201为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层202的组成亲锂单质或亲锂氧化物。在一种实施方式中，第一亲锂层201通过旋涂、喷墨或印刷的方式覆盖于集流体100的一表面，第二亲锂层202通过沉积的方式形成于第一亲锂层201的表面，反钙钛矿层203通过沉积的方式形成于第二亲锂层202的表面，从而形成本专利技术的具有复合层结构的电极。其中，第二亲锂层202的材料组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。具体在本专利技术的具有复合层结构的电极中，第二亲锂层202可以是亲锂单质层或者亲锂氧化物层中的一种。具体地，集流体100有助于电子的收集以及释放。一方面，在集流层100上修饰第一亲锂层201，不仅提高了集流体100的比表面积，增加集流体100的电导率，使电子在集流体100上分布较为均匀，以为第二亲锂层202均匀负载提供成核位点，而且第一亲锂层201中的氮元素对碳层亲锂性的促进也有助于第二亲锂层202的均匀负载，因此，第一亲锂层201为第二亲锂层202提供了良好的负载平台，通过第二亲锂层202在第一亲锂层201的均匀沉积，能够有效降低锂枝晶生长的可能；另一方面，第二亲锂层202能够进一步增加负极的表面积以及亲锂特性，降低了形核电势，通过与第一亲锂层201的协同作用进一步保证锂离子的均匀沉积，显著降低锂枝晶的生长概率。此外，反钙钛矿层203不仅能够对本专利技术电极的亲锂特性进行再次优化以使锂离子均匀沉积，更能够降低本专利技术电极的界面电势。因此，本专利技术通过构造合理的负极骨架能够使锂离子在具有复合层结构的电极的反钙钛矿层上均匀沉积，从而抑制了锂枝晶的生长，确保了使用本专利技术具有复合层结构的电极的锂电池的安全性能以及循环寿命，有效提升了锂电池的工作性能。而且，若反钙钛矿层在第二亲锂层表面发生蒸镀不完全，锂离子也会均匀沉积在第二亲锂层的表面，全面抑制锂枝晶的生长的可能性。在本专利技术中，集流体100的材料可以是铜箔、泡沫铜、多孔铜以及铜网中的一种。第一亲锂层201的材料可以包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。第二亲锂层202的材料可以是亲锂单质或者亲锂氧化物，其中，亲锂单质材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种，亲锂氧化物选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。反钙钛矿层203的材料选自锂基反钙钛矿材料，本专利技术不限制锂基反钙钛矿材料的具体化合物，例如可以是Li3OF、Li3OCl、Li3OBr、Li3OI、Li3OCl0.5Br0.5、Li3OBH4、Li3SBF4、Li3S(BF4)0.5Cl0.5等的一种。进一步地，为了保证具有复合层结构的电极中各个功能层的有效性，本专利技术的集流体100的厚度可以为6-20μm，进一步为6-10μm；所述第一亲锂层201的厚度为0.1-10μm，进一步为0.2-1μm；所述第二亲锂层202的厚度为0.5-10μm，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有复合层结构的电极，其特征在于，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；/n其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有复合层结构的电极，其特征在于，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；
其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。


2.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述第一亲锂层的材料包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。


3.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述亲锂单质的材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种。


4.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述亲锂氧化物的材料选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。


5.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述反钙钛矿层的材料选自锂基反钙钛矿材料。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁号，李素丽，赵伟，唐伟超，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44