负电极及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种负电极及其制备方法和锂离子电池。所述负电极包括多孔金属网集流体以及附着在所述多孔金属网集流体上的锂合金，且所述多孔金属网集流体的孔洞内填充有热熔型聚合物，且所述热熔型聚合物连接所述锂合金和所述多孔金属网集流体。该负电极的使用能够增加锂电池的循环寿命；以及具有较低的锂电池膨胀率，同时，锂离子电池的安全也能够得到保证。电池的安全也能够得到保证。

【技术实现步骤摘要】
负电极及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种负电极及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]目前，商用锂离子电池多采用石墨、硅或者硅-碳复合作为负极材料。当采用石墨作为负极材料时，由于石墨理论比容量只有372mAh/g，因而限制了锂离子电池容量的进一步提高。
[0003]为了提供电池容量，选用锂金属，现有技术中，金属锂是下一代高比能量二次电池的候选之一。但是，锂金属不安全，将金属锂用于锂二次电池的负极电极，在充放电过程中金属锂不均匀的溶解-沉积会导致锂枝晶的生长，从而造成锂金属的消耗及严重的体积变化。
[0004]另外，二次锂电池的负极在正常工作时位于电解液中碳酸酯类非水溶剂的热力学不稳定区域。溶剂分子在负极表面得到电子而分解，其分解产物在电极表面沉积形成固体电解质膜。然而，这层固体电解质膜是刚性的，如果负极材料在充放电过程中经历了较大的体积变化，这层电解质膜就有可能破裂和脱落，从而使电解液继续分解和形成固体电解质膜，其必然造成锂离子电池在循环过程中的容量衰减。另外，作为本领域技术人员的公知常识，负极材料表面在充放电过程中形成的固体电解质膜是电子绝缘的；随着循环的进行，负极材料颗粒不断分裂为更小的颗粒，其表面不断形成并增厚的固体电解质膜会阻断了材料之间以及材料与负极集流体之间的电子电导，导致材料之间以及材料与负极集流体失去电接触，成为“死容量”，进一步造成锂离子电池循环过程中的容量衰减。
[0005]基于此，现有技术中，通过在负极材料中添加一些含锂合金，来提高锂离子电池容量的方法，锂合金在体积变化方面远优于锂金属。
[0006]然而，锂合金类负极材料如锂铝合金(铝含量小于60％)、锂镁合金(镁含量小于25％)、锂硼合金(硼含量小于45％)等可以单独形成带材，但是该类合金带材相对锂金属更硬粘性很差，无法很好的附着在负极集流体上。甚至无法与多孔集流体结合在一起。即与集流体间接触不好，从而影响了电池循环性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的锂合金无法与集流体结合在一起的问题，提供一种负电极及其制备方法和锂离子电池，含有该负电极的锂电池的循环寿命增加；以及具有较低的锂电池膨胀率。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种负电极，其中，所述负电极包括多孔金属网集流体以及附着在所述多孔金属网集流体上的锂合金，且所述多孔金属网集流体的孔洞内填充有热熔型聚合物，且所述热熔型聚合物连接所述锂合金和所述多孔金属网集流体。
[0009]本专利技术第二方面提供了由前述所述的负电极的制备方法，其中，包括：将第一锂合金箔材层、热熔型聚合物薄膜、多孔铜网集流体和第二锂合金箔材层，依次叠置后进行压制处理，得到负电极；其中，所述热熔型聚合物薄膜由热熔型聚合物制得。
[0010]本专利技术第三方面提供了另外一种由前述所述的负电极的制备方法，其中，所述方法包括：
[0011](1)将热熔型聚合物进行纳米注塑注入多孔金属网集流体的孔隙中，得到填充型集流体；
[0012](2)将第一锂合金箔材层、所述填充型集流体和第二锂合金箔材层依次叠置后进行压制处理，得到负电极。
[0013]本专利技术第四方面提供了一种锂电池，所述锂电池包括正电极、负电极以及电解液，其中，所述负电极为前述所述的负电极。
[0014]通过上述技术方案，本专利技术具有如下优势：
[0015](1)现有技术中成型及机械性能良好是锂合金类负极的优点，难以与集流体直接贴合是锂合金类负极的缺点。本专利技术中采用热熔型聚合物将成型及机械性能良好，但难以与集流体直接贴合的锂合金带材与多孔金属网集流体粘结在一起保证良好的电子传导，并且可以通过多孔集流体引出极耳，保障了高容量及高锂含量负电极的应用。
[0016](2)本专利技术中采用的锂合金(箔材)自身存在过量的活性锂可以参与到锂电池的电化学循环，补充活性锂消耗造成的容量损失。同时，锂合金箔材相对于金属锂存在较多的孔隙，利于活性锂的沉积及溶解，避免枝晶状或者苔藓状的蓬松结构的锂的生成。
[0017](3)采用本专利技术的技术方案能够有效的发挥锂合金类负极及锂金属高容量的特性，避免了单独使用锂金属带来的锂枝晶及体积剧烈变化的问题，在增加锂电池的循环寿命的同时，还能够降低锂电池的膨胀率。
[0018](4)通过本方案克服了锂合金类箔材的制片及集流体引出的问题，能够实现锂合金类箔材通过连续生产的方式制备负电极。
具体实施方式
[0019]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0020]本专利技术第一方面提供了一种负电极，其中，所述负电极包括多孔金属网集流体以及附着在所述多孔金属网集流体上的锂合金，且所述多孔金属网集流体的孔洞内填充有热熔型聚合物，且所述热熔型聚合物连接所述锂合金和所述多孔金属网集流体。
[0021]根据本专利技术，本专利技术的专利技术人发现：现有技术中增大层间粘结性多设置粘结剂导电层(粘结剂+导电剂)，即，现有技术中的导电涂层是在电极层和集流体之间涂覆粘结剂+导电剂。但是，针对与集流体无粘结特性的合金箔材并不适用，合金箔材与集流体之间直接涂覆聚合物粘结剂会影响集流体与合金箔材的电子传导，还会导致电极厚度的增加。
[0022]而本专利技术的专利技术人考虑到：众多与集流体无粘结特性的合金箔材具备良好的稳定性、易于成型、易于加工等优点。锂合金箔材还具备较高的体积比容量和质量比容量，与锂
金属的亲和性好，可以接受合金比例上限之外额外的锂金属沉积。特别是在高能量密度的电池体系中，锂合金负极既可以替代低能量密度石墨负极材料，又降低了锂金属单质带来的体积膨胀和安全问题。
[0023]因此，本专利技术的专利技术人通过实验发现：将热熔型聚合物填充至多孔金属网集流体的孔洞内，制备超薄锂合金负电极，其中，多孔金属网集流体能够提供电子传导和极耳引出，“网状”的多孔金属集流体能够将热熔型聚合物填充在网孔中，且不影响多孔金属网集流体骨架与合金类负极材料的电子接触。
[0024]综上，采用本专利技术的技术方案一方面能够降低整个电池中负电极的体积占比；另一方面通过热熔型聚合物将锂合金箔材与多孔金属网集流体粘结在一起保证了合金箔材负极材料与集流体良好的电子传导，并通过多孔金属网集流体引出极耳；另外，本方案能够有效的发挥了锂合金类负极高容量的特性，避免了单独使用锂金属带来的锂枝晶及体积剧烈变化的问题，电池的安全及循环寿命得到了保证。
[0025]根据本专利技术，所述热熔型聚合物的填充度小于所述多孔金属网集流体的孔隙率，填充度优选为40-98％。在本专利技术中，所述热熔型聚合物与锂合金箔材为分散的点接触，而多孔金属网集流体和锂合金类箔材自身都是连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负电极，其特征在于，所述负电极包括多孔金属网集流体以及附着在所述多孔金属网集流体上的锂合金，所述多孔金属网集流体的孔洞内填充有热熔型聚合物，且所述热熔型聚合物连接所述锂合金和所述多孔金属网集流体。2.根据权利要求1所述的负电极，其中，所述热熔型聚合物的填充度小于所述多孔金属网集流体的孔隙率，填充度优选为40-98％。3.根据权利要求1所述的负电极，其中，所述热熔型聚合物的熔点为80-350℃，优选为90-220℃。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的负电极，其中，所述热熔型聚合物选自聚对苯二乙酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚碳酸丙烯酯、羧甲基纤维素、乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯腈、丁苯橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯树脂、脲基-嘧啶酮、多巴胺甲基丙烯酰胺、聚多巴胺均聚物及其共聚物中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的负电极，其中，所述锂合金由锂合金箔材制得，且所述锂合金箔材中的锂元素的含量大于20wt％，优选为40-95wt％；优选地，所述锂合金的厚度为2-50μm；优选地，所述锂合金箔材主相的熔点大于300℃，更优选为400-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永军，郭姿珠，张少坚，张柯，谢静，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：