一种新型负电极结构、其制备方法及电池技术

本发明专利技术公开了一种新型负电极结构、其制备方法及电池。所述新型负电极结构包括集电层、活性负极层和固体电解质层，所述固体电解质层由连续的聚合物固体电解质组成，并覆盖于活性负极层表面，所述活性负极层包括负极活性材料颗粒、导电剂和粘结剂，聚合物固体电解质还分布填充于靠近固体电解质层的部分活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中。本发明专利技术通过各层厚度的控制来实现负极内部颗粒之间良好的电子传导以及电极表面固体电解质层对负极层的绝缘防护作用，负极表面的析锂现象被大大地抑制。同时，金属锂和电解液之间的进一步反应消耗活性锂或者电解液的情况也被抑制。因此，电池的循环特性、低温充电特性和大电流充电特性被极大地提高。电特性被极大地提高。电特性被极大地提高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型负电极结构、其制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及一种新型负极片，尤其涉及一种新型负电极结构及其制备方法，以及包含所述新型负极结构的电池，属于电极结构


技术介绍

[0002]商业锂离子电池已经广泛应用于各类3C产品和电动汽车上，商业锂离子电池通常含有正极、负极、电解液和隔膜四个部分，商用负极材料一般为石墨、硅碳等材料。锂离子电池在充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极。由于制造工艺不够先进、或者负极过量不足时、或在大电流快充、低温充电时，从正极脱嵌的锂离子无法嵌入石墨负极层间时，锂离子就只能在负极表面得到电子被还原成金属锂，从而在负极表面发生析锂现象。析锂一旦发生。析出的金属锂和电解液之间会进一步反应消耗活性锂或者电解液，会大大降低锂离子电池的性能，甚至引起严重的安全问题。如何克服析锂难题是当今亟待解决的技术难题。
[0003]业界采取各种办法来解决锂离子电池在充放电过程中石墨负极析锂的问题。公开号为CN110676518A的专利通过优化电池制备工艺，在不增加成本或减少能量密度的前提下，选择合适的负极过量来解决方形卷绕电芯析锂的问题。公开号为CN106099230A的专利报道了一种快速充电方法来预防电池的负极析锂问题。公开号为CN203119560U的专利通过电池组自加热装置类提高电池的充电温度，从而抑制电池在低温充电过程中负极析锂的问题。然而，目前还没有从调控负极表面得失电子能力来抑制锂离子在负极表面得到电子能力，从而有效地抑制析锂问题的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种新型负电极结构及其制备方法，从调控负极表面得电子能力来抑制负极析锂问题，以克服现有技术中的不足。
[0005]本专利技术的另一目的还在于提供包含所述新型负电极结构的电池。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种新型负电极结构，其依次包括：集电层、活性负极层和固体电解质层，所述固体电解质层由连续的聚合物固体电解质组成，并覆盖于所述活性负极层表面，所述活性负极层包括负极活性材料颗粒、导电剂和粘结剂，并且，所述聚合物固体电解质还分布填充于靠近固体电解质层的部分活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中。
[0008]在一些实施例中，所述新型负电极结构依次包括：集电层、活性未包覆负极层、活性包覆负极层和固体电解质层，所述固体电解质层覆盖于所述活性包覆负极层表面，所述活性未包覆负极层和活性包覆负极层共同组成所述活性负极层，并且，所述活性包覆负极层还包括聚合物固体电解质，所述聚合物固体电解质包覆于所述负极活性材料颗粒表面，以及呈树根状填充于所述负极活性材料颗粒之间的孔隙中。
[0009]本专利技术实施例还提供了前述新型负电极结构的制备方法，其包括：
[0010]提供包含负极活性材料颗粒、导电剂、粘结剂和分散剂的均匀混合反应体系；
[0011]将所述均匀混合反应体系施加于集电层上，获得活性负极层/集电层复合结构；
[0012]提供聚合物固体电解质溶液，使所述活性负极层/集电层复合结构与聚合物固体电解质溶液充分接触，从而使聚合物固体电解质溶液分散在活性负极层表面，以及部分扩散入活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中，之后除掉溶剂形成固体电解质层，进而获得所述新型负电极结构；
[0013]或者，提供聚合物固体电解质前驱体溶液，使所述活性负极层/集电层复合结构与聚合物固体电解质前驱体溶液充分接触，从而使聚合物固体电解质前驱体溶液中活性单体均匀分散在活性负极层表面，以及部分扩散入活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中，之后在加热处理或光照处理下进行原位聚合反应，形成固体电解质层和活性包覆负极层，进而获得所述新型负电极结构。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种电池，包括正极、负极和电解液，所述负极采用前述新型负电极结构。
[0015]进一步地，所述电解液中还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)和二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)等中的任意一种或两种以上的组合。
[0016]进一步地，所述电解液中成膜添加剂的含量为0.1～5wt％。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0018]1)本专利技术提供的新型负电极结构含有集电层、活性未包覆负极层、活性包覆负极层和连续的固体电解质薄层，并且从表面到集电层方向聚合物固体电解质质量逐渐减少，活性包覆负极层中负极活性材料颗粒被聚合物固体电解质包覆，其制得的电池具有即使在大电流或者低温下也无法在活性负极极片表面沉积金属锂的优点，由于电极表面固体电解质的绝缘防护作用，电解液中的锂离子无法在固体电解质表面获得电子析出金属锂，杜绝了金属锂和电解液之间的进一步反应而消耗活性锂或者电解液的反应，从而极大的提高电池的循环特性、低温充电特性和大电流充电特性；
[0019]2)本专利技术提供的新型负电极结构通过各层厚度的精细化控制来实现电极中有良好的电子传导以及电极表面固体电解质层的绝缘防护作用；
[0020]3)本专利技术的制备方法对极片表面进行修饰，工艺简单、易放大；
[0021]4)本专利技术还使用一种含成膜添加剂的功能电解液，该添加剂随着电解液渗透到电极内部在充放电过程中发生降解，从而在内部活性材料颗粒表面产生一层表面膜进一步保护负极活性材料。
附图说明
[0022]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中记载的一些实施例，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。
[0023]图1是本专利技术一典型实施例中新型负电极结构的内部结构示意图。
具体实施方式
[0024]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是提供一种新型负电极结构，含有集电层、活性未包覆负极层、活性包覆负极层和固体电解质层四层。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0025]本专利技术实施例的一个方面提供的一种新型负电极结构依次包括集电层、活性负极层和固体电解质层，所述固体电解质层由连续的聚合物固体电解质组成，并覆盖于所述活性负极层表面，所述活性负极层包括负极活性材料颗粒、导电剂和粘结剂，并且，所述聚合物固体电解质还分布填充于靠近固体电解质层的部分活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中。
[0026]在一些优选实施方案中，所述新型负电极结构依次包括：集电层、活性未包覆负极层、活性包覆负极层和固体电解质层，所述固体电解质层覆盖于所述活性包覆负极层表面，所述活性未包覆负极层和活性包覆负极层共同组成所述活性负极层，并且，所述活性包覆负极层还包括聚合物固体电解质，所述聚合物固体电解质包覆于所述负极活性材料颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型负电极结构，其特征在于依次包括：集电层、活性负极层和固体电解质层，所述固体电解质层由连续的聚合物固体电解质组成，并覆盖于所述活性负极层表面，所述活性负极层包括负极活性材料颗粒、导电剂和粘结剂，并且，所述聚合物固体电解质还分布填充于靠近固体电解质层的部分活性负极层所含负极活性材料颗粒之间的孔隙中。2.根据权利要求1所述的新型负电极结构，其特征在于依次包括：集电层、活性未包覆负极层、活性包覆负极层和固体电解质层，所述固体电解质层覆盖于所述活性包覆负极层表面，所述活性未包覆负极层和活性包覆负极层共同组成所述活性负极层，并且，所述活性包覆负极层还包括聚合物固体电解质，所述聚合物固体电解质包覆于所述负极活性材料颗粒表面，以及呈树根状填充于所述负极活性材料颗粒之间的孔隙中。3.根据权利要求1或2所述的新型负电极结构，其特征在于：沿固体电解质层至集电层的方向，所述新型负电极结构中聚合物固体电解质的含量逐渐减小；和/或，所述固体电解质层的厚度为10nm～10μm，优选为50nm～5μm；和/或，所述聚合物固体电解质包括聚合物和锂盐的混合物、聚离子液体和锂盐的混合物、聚合物和无机固体电解质的混合物中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述聚合物包括在商业电解液中不溶解和溶胀的聚合物，优选包括聚离子液体聚(二烯二甲基铵)双三氟磺酰亚胺盐；和/或，所述聚离子液体是由含有阳离子或阴离子的离子液体单体与聚合物单体经原位共聚合而形成的；优选的，所述离子液体单体包括咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、吡啶类离子液体、哌啶类离子液体中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述聚合物单体含有反应型活性基团包括乙烯基、烯丙基、环氧丙基、胺基、羟基中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述锂盐包括LiPF6、LiPF2O2、LiBF4、二氟草酸硼酸锂、LiClO4、LiTFSI、LiFSI中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求2所述的新型负电极结构，其特征在于：所述活性负极层中聚合物固体电解质的含量在0.1wt％以上，优选为0.1～20wt％，尤其优选为0.2～20wt％，尤其优选为0.5～20wt％，尤其优选为1～10wt％；和/或，所述活性负极层中正极活性材料颗粒的含量为50～99wt％；和/或，所述活性负极层的厚度为200～500μm；和/或，所述活性包覆负极层与活性负极层的厚度比在5∶100以上，优选为5～50∶100；和/或，所述活性未包覆负极层与活性负极层的厚度比为50～80∶100。5.根据权利要求2所述的新型负电极结构，其特征在于：所述活性未包覆负极层包括负极活性材料颗粒、导电剂和粘结剂，且所述负极活性材料颗粒与导电剂、粘结剂充分接触；和/或，所述负极活性材料颗粒包括碳材料和/或碳硅材料，优选为石墨；和/或，所述导电剂包括乙炔黑、SUPER-P、KS-6、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的任意一种或者两种以上的组合；和/或，所述活性负极层中导电剂的含量为0.5～10wt％；和/或，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺中的任意一种或者两种以上的组合；和/或，所述活性负极层中粘结剂的含量为0.5～10wt％；和/或，所述集电层包括由导电物质组成的片状物或网状物；优选的，所述导电物质包
括铜、镍、碳纤维中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晶晶，张凤蕊，吴晓东，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：