一种补锂集流体、补锂集流体的制备方法、负极及锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，特别是涉及一种补锂集流体、补锂集流体的制备方法、负极及锂离子电池，一种补锂集流体包括集流体和形成在集流体表面的补锂层，所述补锂层包括具有核壳结构的多个补锂颗粒。所述补锂颗粒包括金属颗粒和保护层，保护层包覆在金属颗粒的表面。本发明专利技术中，将形核长大的金属颗粒沉积在集流体表面，金属颗粒之间空隙会变大，得到结构疏松多孔的补锂层，有利于电解液浸润和锂离子扩散的通道，能有效降低阻抗。保护层包覆在金属颗粒外，能够保护活性锂不被氧化，有利于活性锂的活性的保持，能够有效提高对负极材料进行活性锂补偿的能力。性锂补偿的能力。性锂补偿的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种补锂集流体、补锂集流体的制备方法、负极及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，特别是涉及一种补锂集流体、补锂集流体的制备方法、负极及锂离子电池。

技术介绍

[0002]为满足高续航动力电池和大规模储能电池的需要，新一代锂离子电池需要更高的重量能量密度和体积能量密度。但是，对于绝大部分的电极材料而言，在首次充放电过程中因生成SEI膜(固态电解质界面膜)等不可逆反应，会导致大量活性锂的不可逆损失。
[0003]目前，为补偿这部分活性锂的损失，研究最多的是在负极极片表面用锂粉/锂箔或者锂源溅射等物理手段进行直接补偿容量的损失，从而提高电池的能量密度。在专利CN109411694 A中，利用金属锂带与负极极片辊压结合，从而在负极上均匀覆盖连续的金属锂层，得到预锂化负极。专利CN109402589 A中利用磁控溅射方法可以在极片上沉积一层金属锂薄膜。
[0004]然而，上述方法虽然可以对负极材料进行活性锂的补偿，但是金属锂带/锂粉的预锂化深度不易控制。而磁控溅射的方法形成的薄膜致密，不利于电解液浸润和锂离子的扩散，电池阻抗大，另一方面，上述方法得到的金属锂的活性高，不利于保存，对活性锂的补偿能力弱。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有的在负极上磁控溅射形成的薄膜致密不利于电解液浸润和锂离子的扩散，且补偿能力低的问题，提供一种补锂集流体、补锂集流体的制备方法、负极及锂离子电池。
[0006]为解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种补锂集流体，包括集流体和形成在所述集流体表面的补锂层，所述补锂层包括具有核壳结构的多个补锂颗粒；
[0007]所述补锂颗粒包括金属颗粒和保护层，所述保护层包覆在所述金属颗粒的表面。
[0008]可选地，所述金属颗粒的大小为10nm～100nm，所述保护层的厚度为2nm～10nm。
[0009]可选地，所述金属颗粒为金属锂颗粒，所述保护层包括LiF、Li2O、Li2CO3中的一种或多种。
[0010]另一方面，本专利技术提供一种补锂集流体的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、轰击金属锂靶，溅射得到气相金属原子；
[0012]S2、气相金属原子与惰性气体发生碰撞，发生形核长大，得到金属颗粒；
[0013]S3、轰击保护层靶，溅射得到气相化合物；
[0014]S4、气相化合物包覆在金属颗粒表面，形成保护层，得到核壳结构的补锂颗粒；
[0015]S5、将补锂颗粒沉积在集流体表面形成补锂层，得到补锂集流体。
[0016]可选地，所述步骤S1中轰击金属锂靶时的真空度为1～110Pa，惰性气体的流量为100～1000sccm，溅射功率为200～1000W。
[0017]可选地，发生形核过程中的真空度为0.1～1Pa，惰性气体的流量为10～100sccm。
[0018]可选地，所述步骤S3中形成保护层过程中的真空度为10-3
～10-2
Pa；溅射功率为10～50W。
[0019]可选地，形成补锂层过程中的真空度为10-4
～10-5
Pa，集流体的收卷速度为0.1～1m/min，集流体收卷的同时在集流体上沉积补锂颗粒，形成厚度为1～20um的补锂层。
[0020]可选地，所述保护层靶选自LiF靶、Li2O靶、Li2CO3靶中的一种或多种。
[0021]再一方面，本专利技术提供一种负极，包括基材和形成在所述基材上的负极活性物质，所述基材为如前所述的补锂集流体；或者，所述基材为利用前所述的补锂集流体的制备方法得到的补锂集流体。
[0022]再一方面，本专利技术提供锂离子电池，包括正极和如上所述的负极。
[0023]本专利技术实施例中，所述补锂颗粒具有核壳结构，多个所述补锂颗粒形成所述集流体表面的所述补锂层，所述补锂层上的多个所述补锂颗粒之间空隙较之现有技术中补锂层中的金属颗粒之间的空隙大，使得负极极片上的补锂层不再致密，得到了结构疏松多孔的补锂层，有利于电解液浸润和锂离子的扩散，能有效降低阻抗。
[0024]所述保护层包覆在金属颗粒外，能够保护活性锂不被氧化，有利于活性锂的活性的保持，能够有效提高对负极材料进行活性锂补偿的能力。
附图说明
[0025]图1是本专利技术一实施例提供的补锂集流体的制备过程图；
[0026]图2是本专利技术一实施例提供的实施例1与对比例1、对比例2的阻抗曲线对比图；
[0027]图3是本专利技术一实施例提供的实施例1与对比例1、对比例2的补锂层的容量补偿能力曲线对比图。
[0028]说明书中的附图标记如下：
[0029]A、锂金属溅射区；B、颗粒形核生长区；C、包覆区；D、沉积区；1、金属锂靶；2、保护层靶；3、放卷辊；4、主辊；5、收卷辊；6、集流体。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]如图1至3所示，本专利技术一实施例提供的一种补锂集流体，包括集流体和形成在所述集流体两侧的补锂层，所述补锂层包括具有核壳结构的多个补锂颗粒。所述补锂颗粒包括金属颗粒和保护层，所述保护层包覆在所述金属颗粒的表面。所述金属颗粒作为核心，所述保护层包覆在所述金属颗粒的外围，使得具有核壳结构的补锂颗粒较之现有技术中补锂层中的金属颗粒要大，补锂颗粒之间空隙也会变大，使得负极极片上的薄膜不再致密，得到了结构疏松多孔的补锂层，有利于电解液浸润和锂离子扩散的通道的形成，能有效降低阻抗。
[0032]再者，所述保护层包覆在金属颗粒外，能够保护活性锂不被氧化，有利于活性锂的活性的保持，能够有效地提高对负极材料进行活性锂补偿的能力。
[0033]在一实施例中，所述金属颗粒的大小为10nm～100nm，所述保护层的厚度为2nm～10nm。
[0034]本专利技术实施例中，所述金属颗粒为经过形核长大后的颗粒，具有较大的直径，包覆2nm～10nm厚度的保护层后，进一步增加补锂颗粒的大小之外，所述保护层还能够保护所述金属颗粒不被氧化，保持金属颗粒的活性。形成所述补锂层后，补锂颗粒之间具有较大的间隙，使得形成的所述补锂层的结构疏松多孔，利于电解液的浸润和锂离子的扩散。
[0035]在一实施例中，所述金属颗粒为金属锂颗粒，所述保护层包覆在所述金属颗粒外之后，不影响活性锂离子的扩散，不影响电池性能，即锂离子在充放电过程中能穿透所述保护层，所述保护层具有离子导电性，因此，本专利技术实施例中，只要所述保护层具有离子导电性，且所述保护层不会与金属锂发生置换反应的均可。
[0036]优选地，所述保护层采用锂的化合物，更优选地，所述保护层包括LiF、Li2O、Li2CO3中的一种或多种。
[0037]在一实施例中，本专利技术提供的一种补锂集流体的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂集流体，其特征在于，包括集流体和形成在所述集流体表面的补锂层，所述补锂层包括具有核壳结构的多个补锂颗粒；所述补锂颗粒包括金属颗粒和保护层，所述保护层包覆在所述金属颗粒的表面。2.如权利1所述的补锂集流体，其特征在于，所述金属颗粒的大小为10nm～100nm，所述保护层的厚度为2nm～10nm。3.如权利1所述的补锂集流体，其特征在于，所述金属颗粒为金属锂颗粒，所述保护层包括LiF、Li2O、Li2CO3中的一种或多种。4.如权利要求1至3中任一项所述的补锂集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、轰击金属锂靶，溅射得到气相金属原子；S2、气相金属原子与惰性气体发生碰撞，发生形核长大，得到金属颗粒；S3、轰击保护层靶，溅射得到气相化合物；S4、气相化合物包覆在金属颗粒表面，形成保护层，得到核壳结构的补锂颗粒；S5、将补锂颗粒沉积在集流体表面形成补锂层，得到补锂集流体。5.如权利要求4所述的补锂集流体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中轰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翔，王良俊，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：