一种锂固态电池负极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂固态电池的负极及其制备方法。一种锂固态电池的负极，其特征在于，包括复合负极和涂敷在所述复合负极上的导电材料，其中，所述复合负极包括：含金属锂的复合负极活性物质、导电添加剂和热引发剂；制造工艺包括：向溶剂中加入导电添加剂和热引发剂，经过充分搅拌，混合均匀后涂覆在含金属锂的复合负极活性物质表面；经干燥、辊压后形成复合负极。将本发明专利技术提供的负极用于锂固态电池中，可以提高锂离子电池的能量密度和稳定性能，并且由于所述负极有效缓解了电解质与负极界面接触等问题，制备成的锂固态电池比使用纯金属锂作为负极的锂固态电池具有更好的循环性能。作为负极的锂固态电池具有更好的循环性能。作为负极的锂固态电池具有更好的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂固态电池负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学和新能源材料
，尤其涉及一种锂固态电池负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池是商用电池中能量密度最高的电池，被广泛应用于各种可穿戴电子产品以及电动汽车等。但是近年来，快速发展的电动汽车和储能行业对锂离子电池的能量密度和循环寿命提出了更高的要求。另外，由于使用液态电解质的原因，锂离子电池在安全性能方面也一直有待改进。
[0003]为了解决目前市场上锂离子电池存在的这些问题，很多高校、科研院所和企业都开始着手推进锂固态电池的发展。锂固态电池，其主要特点是以金属锂为负极，极大地提高电池的能量密度，同时采用固态电解质，保证电池的安全性能。但是，以纯金属锂为负极的锂固态电池目前还存在材料粉化和界面接触等问题。锂粉化会影响到整个电极的电接触，这是一个经常被忽视的锂金属负极的关键问题。一方面，锂丝可能从负极块体上脱离并被绝缘的SEI包裹，导致形成孤立的“死锂”。此外，它还可以通过屏蔽活性位点(亲锂位点)影响改性电极。另一方面，长时间循环后的锂粉化会降低电极的连续性并随之切断电子通路，通过使锂金属负极碎裂并产生大的极化导致在短时间内大幅降低电池的容量。锂金属负极在反复脱嵌锂的过程中一直受到界面变化较大的困扰，最终会导致电极机械粉化。此外，沉积/剥离过程中锂枝晶结构的形成加剧了电解质的分解。同时，苔藓状锂的分枝生长容易造成锂丝之间电接触不良，形成裂纹或空隙，导致容量快速衰减以及循环效率下降。这些裂缝或空隙可能会暴露下面的新鲜锂并扩大局部锂离子通量，进一步加剧不均匀的锂枝晶生长，导致界面接触变差。导致电池的循环性能较差，很难实际应用。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种锂固态电池负极及其制备方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是以纯金属锂为负极的锂固态电池目前还存在材料粉化和界面接触等问题，导致电池的循环性能较差，很难实际应用。通过对负极进行包覆，提高其抗材料粉化能力和解决界面接触问题，提高电池的循环寿命。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种锂固态电池负极及其制备方法。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种新型锂固态电池的负极，将其替代纯的金属锂用在锂固态电池中，有效缓解电池内部存在的材料粉化和界面接触等问题，从而提高电池的循环性能。同时，相对于市场上的锂离子电池而言，该锂固态电池又可以提高电池的能量密度和安全性能。
[0008]本专利技术提供了一种锂固态电池的负极，其特征在于，包括复合负极和涂敷在所述复合负极上的导电材料，其中，所述复合负极包括：含金属锂的复合负极活性物质、导电添
加剂和热引发剂；
[0009]所述复合负极的制造工艺包括：
[0010]步骤1：向溶剂中加入导电添加剂和热引发剂，经过充分搅拌，混合均匀后涂覆在含金属锂的复合负极活性物质表面；
[0011]步骤2：经干燥、辊压后形成的复合负极；所述复合负极与LNO@NCM532构成的正极，共同构建全电池。
[0012]进一步地，所述含金属锂的复合负极活性物质包括金属锂与天然石墨、人造石墨、多孔碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管、钛酸锂、纳米硅、硅碳复合物、氧化亚硅、氧化亚硅碳复合物中的一种或多种组成的混合物或复合物。其中，所述混合物是指通过物理机械混合将金属锂置于其它负极活性物质的颗粒与颗粒之间或颗粒表面。所述复合物是指通过物理或化学工艺将金属锂置于其它负极活性物质的颗粒内部。
[0013]进一步地，所述导电添加剂包括聚四氟乙烯和环戊基乙酸。
[0014]进一步地，所述热引发剂为偶氮二异庚腈。
[0015]进一步地，所述导电添加剂中所述聚四氟乙烯和所述环戊基乙酸的质量比为5：3；所述溶剂为氟代碳酸亚乙酯，所述导电添加剂与所述溶剂的质量比为20：80；所述偶氮二异庚腈占所述导电添加剂与所述溶剂混合物的0.5wt％。
[0016]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0017]一种锂固态电池的负极的制备方法包括，在惰性气体的保护下，向氟代碳酸亚乙酯溶剂中加入聚四氟乙烯(C
12
H
18
O6)、环戊基乙酸(C7H
11
O2)和热引发剂偶氮二异庚腈，并搅拌1小时，以形成均匀溶液。混合均匀后涂覆在负极表面，经干燥、辊压和放入烘箱后制备成所述负极，所述负极与LNO@NCM532构成的正极，共同构建全电池。
[0018]进一步地，所述惰性气体包括氮气和/或氩气。
[0019]进一步地，所述干燥步骤是指将涂好浆料的极片放置在烘箱中干燥，温度为50～300℃，干燥时间为40分钟以上。优选地，干燥的温度为80～120℃，干燥时间为2～3小时。
[0020]进一步地，所述辊压步骤是指将干燥好的极片采用辊压机进行辊压，压力为1～200000N，优选地，辊压压力为100000～150000N。
[0021]进一步地，所述放入烘箱是指将辊压好的极片放置在真空烘箱中，烘箱内气压小于等于0.001MPa，温度为200～300℃，抽真空时间为2.5小时以上。优选地，抽真空步骤气压小于等于0.00001MPa，温度为120～150℃，时间为16～26小时。
[0022]本专利技术还提供一种锂固态电池，其特征在于，所述锂固态电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的电解质，所述负极为所述锂固态电池的负极或者如所述锂固态电池的负极的制备方法制得的负极。
[0023]在本专利技术的另一较佳实施方式中，所述制备方法包括：向溶剂中加入热引发剂、导电添加剂和除金属锂以外的负极活性物质，经干燥、辊压后制成本专利技术的负极。
[0024]在本专利技术的另一较佳实施方式中，所述制备方法包括：向溶剂中加入热引发剂、导电添加剂和除金属锂以外的负极活性物质，经干燥、辊压后将该负极制成全电池，并用过量的含锂活性物质作为该全电池的正极，通过电池充电为负极补锂，制成本专利技术的负极。
[0025]本专利技术具有有益的技术效果如下：
[0026]上述所述制备的负极能够在电池化成过程，在低电位负极表面形成一层类固态电
解质钝化膜，避免电解质直接与低电位的负极接触而造成电解质晶体结构遭到破坏、离子电导率降低、生成一种晶体与非晶体的混合的副产物。因此，上述复合电解质材料能够改善电池的循环性能。可以提高电池运行过程中的高首效性能和高的循环性能。
[0027]以下将对本专利技术的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1提供的锂固态电池的负极的扫描电子显微镜图；
[0029]图2为本专利技术通实施例1和对比例1制得的锂固态电池容量保持率随循环周次变化曲线图。
具体实施方式
[0030]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂固态电池的负极，其特征在于，包括复合负极和涂敷在所述复合负极上的导电材料，其中，所述复合负极包括：含金属锂的复合负极活性物质、导电添加剂和热引发剂；所述复合负极的制造工艺包括：步骤1：向溶剂中加入导电添加剂和热引发剂，经过充分搅拌，混合均匀后涂覆在含金属锂的复合负极活性物质表面；步骤2：经干燥、辊压后形成复合负极；所述复合负极与LNO@NCM532构成的正极，共同构建全电池。2.如权利要求1所述的一种锂固态电池的负极，其特征在于，所述含金属锂的复合负极活性物质包括金属锂与天然石墨、人造石墨、多孔碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管、钛酸锂、纳米硅、硅碳复合物、氧化亚硅、氧化亚硅碳复合物中的一种或多种组成的混合物或复合物。3.如权利要求1所述的一种锂固态电池的负极，其特征在于，所述导电添加剂包括聚四氟乙烯和环戊基乙酸。4.如权利要求1所述的一种锂固态电池的负极，其特征在于，所述热引发剂为偶氮二异庚腈。5.如权利要求1所述的一种锂固态电池的负极，其特征在于，所述导电添加剂中所述聚四氟乙烯和所述环戊基乙酸的质量比为5：3；所述溶剂为氟代碳酸亚乙酯，所述导电添加剂与所述溶剂的质量比为20：80；所述偶氮二异庚腈占所述导电添加剂与所述溶剂混合物的0.5wt％。6.一种锂固态电池的负极的制备方法，其特征在于，包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希，朱金辉，陈振营，
申请(专利权)人：上海屹锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：