锂电池复合负极、其制备方法及包含该负极的锂电池技术

本发明专利技术一实施方式提供了一种锂电池复合负极、其制备方法及包含该锂电池复合负极的锂电池，该锂电池复合负极包括集流体层、锂层和碳基材料层，其中，所述锂层设置于所述集流体层上，所述碳基材料层设置于所述锂层的远离所述集流体层的一面上。本发明专利技术一实施方式的锂电池复合负极，可避免锂枝晶，充放电过程更加安全，有助于容量的发挥和循环。

Lithium battery composite negative electrode, preparation method thereof and lithium battery including the negative electrode

【技术实现步骤摘要】
锂电池复合负极、其制备方法及包含该负极的锂电池
本专利技术涉及锂电池，具体为一种可避免锂枝晶的锂电池复合负极及制备方法。
技术介绍
现有锂硫电池负极预锂化一般是在铜箔上涂覆负极材料，通过锂粉、锂带或电化学方法进行嵌锂。采用锂粉补锂，对操作环境要求严苛，且锂粉具有较大的安全隐患；而在接触化学嵌锂或锂箔复合负极中，负极片吸收的锂量远小于金属锂片提供的锂，造成嵌锂不均并导致极片的变形，且锂金属仍暴露在电解液中且与隔膜直接接触，存在安全隐患，同时，现在电化学嵌锂法嵌锂时间长，操作间歇，不易放大。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在提供一种锂电池复合负极，包括集流体层、锂层和碳基材料层，其中，所述锂层设置于所述集流体层上；所述碳基材料层设置于所述锂层的远离所述集流体层的一面上。根据本专利技术一实施方式，所述集流体层为铜层。根据本专利技术一实施方式，所述碳基材料层中的材料包括石墨、硬碳、硅碳中的一种或多种。根据本专利技术一实施方式，所述碳基材料层中的材料包括导电剂和粘结剂。本专利技术一实施方式还提供了一种锂电池复合负极的制备方法，包括：提供一种将锂层和集流体层复合形成的锂/集流体复合层；将负极浆料涂覆于所述锂/集流体复合层的锂表面，干燥，制得复合负极；所述负极浆料包括碳基材料。根据本专利技术一实施方式，所述负极浆料包括导电剂和粘结剂。根据本专利技术一实施方式，所述锂/集流体复合层为铜锂复合带。根据本专利技术一实施方式，所述铜锂复合带包括铜层，以及设置于所述铜层上的一层锂层，或者分别设置于所述铜层相对的两表面的两层锂层。根据本专利技术一实施方式，所述碳基材料选自石墨、硬碳、硅碳中的一种或多种。本专利技术一实施方式进一步提供了一种锂电池，包括上述的锂电池复合负极。本专利技术一实施方式的锂电池复合负极，可避免锂枝晶，充放电过程更加安全，有助于容量的发挥和循环。附图说明图1为本专利技术一实施方式的锂电池复合负极的结构示意图。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。如图1所示，本专利技术一实施方式提供了一种锂电池复合负极，包括集流体层、锂层和碳基材料层，其中，锂层设置于集流体层上，锂层包括第一表面和与第一表面相对设置的第二表面，锂层通过第一表面设置于集流体层上，碳基材料层设置于锂层的远离集流体层的第二表面上，集流体层可以为铜层。本专利技术一实施方式的锂电池复合负极，在锂表面形成碳基材料层，碳基材料层不仅可作为锂金属的保护层，更是锂离子嵌入脱出的位点。同时，由于将反应位点由金属锂转移到碳基负极，也避免了充放电过程中金属锂的不均匀沉积造成锂枝晶的生长。本专利技术一实施方式的锂电池复合负极，可预存一部分锂离子在负极内部，从而弥补首次充放电或者循环过程中由于形成或修复SEI膜所需要消耗的锂离子。本专利技术一实施方式的锂电池复合负极，可用于硫锂电池，以避免多硫化锂与金属锂的反应，使得过程更安全，并能够提高循环和倍率性能。于一实施方式中，碳基材料层包括石墨、硬碳、硅碳中的一种或多种。于一实施方式中，锂层的厚度为10～50μm，例如15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、45μm等。本专利技术一实施方式提供了一种锂电池复合负极的制备方法，包括：提供锂/集流体复合层；以及，将负极浆料涂覆于锂层的表面，干燥后制得复合负极；其中，负极浆料包括碳基材料，锂/集流体复合层是通过将锂和集流体复合形成。于一实施方式中，锂/集流体复合层为铜锂复合带。于一实施方式中，铜锂复合带可以是在铜集流体的表面压延或电沉积金属锂形成。于一实施方式中，铜锂复合带包括铜层和设置于铜表面的一锂层。于一实施方式中，铜锂复合带包括铜层和分别设置于铜的相对的两个表面的两层锂层。于一实施方式中，负极浆料可包括碳基材料、导电剂和粘结剂。于一实施方式中，负极浆料包括90～95wt％的碳基材料、2～4wt％的导电剂和3～6wt％的粘结剂。于一实施方式中，碳基材料可以是石墨、硬碳、硅碳；导电剂可以是SuperP(SP)；粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)(油性体系)。于一实施方式中，将碳基材料、导电剂、粘结剂按照比例混合制备浆料，分散后在惰性保护气氛下均匀涂覆在铜锂复合带的一个或两个表面，随后在真空烘箱中干燥，制得复合负极。本专利技术一实施方式提供了一种锂电池，包括上述的锂电池复合负极。本专利技术一实施方式提供了一种锂电池的制备方法，包括按照上述方法制备负极。于一实施方式中，可通过将正极浆料均匀涂覆于铝集流体的双面，随后在真空烘箱中干燥，制得锂电池的正极。于一实施方式中，正极浆料包括硫正极材料、导电剂和粘结剂；其中，硫正极材料可以是硫碳复合材料，例如硫与聚吡咯、聚丙烯腈等的复合物；导电剂可以是SP、SP/CNT(碳纳米管)等；粘结剂可以是聚偏氟乙烯PVDF(有机体系)和CMC加SBR或LA133等(水性体系)。于一实施方式中，正极浆料包括88～95wt％的硫正极材料、2～5wt％的导电剂和3～10wt％的粘结剂。于一实施方式中，将锂复合负极片与硫正极裁剪成一定尺寸，经过叠片、超声焊接、注液、封口等工序组装成单片软包电池，采用单面聚乙烯PE基膜涂覆2μm截硫导锂涂层作为隔膜，将1.0mol/L双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)的1,3-二氧戊环(DOL)溶液与乙二醇二甲醚(DME)以1:1的体积比混合，再添加4wt％的硝酸锂LiNO3，作为电解液，液硫质量比(电解液与硫的质量比)为3:1～20:1。于一实施方式中，液硫质量比可以为5:1、8:1、10:1、15:1、18:1等。本专利技术一实施方式的锂电池复合负极，金属锂提供锂源，不与隔膜直接接触，由于表面增加了一层碳基负极，电解液与锂不会直接接触，避免了金属锂和电解液的损失。以下，结合具体实施例对本专利技术一实施方式的锂电池进行进一步说明。其中，所使用的原料均为市售获得。实施例1采用硫-聚吡咯复合物作为正极材料，与导电剂SP、粘结剂LA133按质量比95:2:3混合，以去离子水为溶剂，混合成浆后均匀涂覆在Al集流体上，S载量4mg/cm2，然后在60℃真空烘箱中干燥24h得到正极片；以硬碳作为负极材料，与导电剂SP、聚偏氟乙烯(PVDF)，按质量比95:2:3混合，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，混合成浆后在惰性保护气氛下均匀涂覆在铜/锂复合带的锂表面，单面面密度14.4mg/cm2，然后在80℃真空烘箱中干燥24h得到硬碳-锂-铜复合负极片；将硬碳-锂-铜复合负极片与正极片组装成单片软包电池，在聚乙烯PE基膜上单面涂覆2μm截硫导锂涂层作为隔膜，1.0mol/L双三氟甲基磺酰亚胺锂(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池复合负极，包括：/n集流体层；/n锂层，设置于所述集流体层上；以及/n碳基材料层，设置于所述锂层的远离所述集流体层的一面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池复合负极，包括：
集流体层；
锂层，设置于所述集流体层上；以及
碳基材料层，设置于所述锂层的远离所述集流体层的一面上。


2.根据权利要求1所述的锂电池复合负极，其中，所述集流体层为铜层。


3.根据权利要求1所述的锂电池复合负极，其中，所述碳基材料层中的材料包括石墨、硬碳、硅碳中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的锂电池复合负极，其中，所述碳基材料层中的材料包括导电剂和粘结剂。


5.一种锂电池复合负极的制备方法，包括：
提供一种将锂层和集流体层复合形成的锂/集流体复合层；
将负极浆料涂覆于所述锂/集流体复合层的锂表面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，彭祖铃，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32