一种复合负极和电池制造技术

本发明专利技术涉及电池制造领域，特别是一种复合负极和电池，复合负极包括集流体、合金层和有机物层，合金层设置在集流体上，有机物层设置在合金层的表面上；合金层为锂金属与亲锂金属的混合物，有机物层为高分子弱酸；电池包括包括正极、隔膜和上述的复合负极。本发明专利技术提供了一种复合负极；其中，合金层中的亲锂金属表面具有较低锂成核过电势，能够诱导锂金属在其表面均匀沉积；有机物层的聚乳酸能够与合金层中的锂金属发生原位反应，进而生成聚乳酸锂作为负极的SEI膜；聚乳酸锂具有优异锂离子传导能力和力学性能，具有疏锂性的聚乳酸锂能够抑制锂枝晶纵向生长；从而使得电池的容量保持率得到提高。到提高。到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极和电池


[0001]本专利技术涉及电池制造领域，特别是一种复合负极和电池。

技术介绍

[0002]新能源碱金属元素电池具有清洁，比能量高、充放电速度快、无记忆效应等诸多优点，在生活诸多领域具有广泛使用。目前现有复合负极材料石墨的容量为360mAh/g，与其理论容量372mAh/g十分接近，并且石墨的压实开发也已接近极限，因此通过复合负极来提升能量密度效果十分有限。
[0003]随着人们对高能量密度的追求，新型复合负极材料也在不断地开发当中，但是目前现有的高容量型硅基复合负极依旧面着严重颗粒膨胀破碎等问题，现有的锂金属复合负极存在严重的沉积
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溶出不均，容量保持率低下等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种复合负极，巧妙地解决了现有锂金属复合电极中存在严重的沉积
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溶出不均，容量保持率低下的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种复合负极，复合负极包括集流体、合金层和有机物层，合金层设置在集流体上，有机物层设置在合金层的表面上；合金层为锂金属与亲锂金属的混合物，有机物层为高分子弱酸。
[0007]可选地，亲锂金属为Sn、Be、Ge、Bi、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Pt、Ag、 Au、Zn中的至少一种。
[0008]可选地，合金层中锂金属的摩尔比例为10％～90％。
[0009]可选地，亲锂金属以任意比例混合。
[0010]可选地，有机物层为聚乳酸。
[0011]可选地，集流体为铜金属或铜合金。
[0012]可选地，合金层的厚度为5～500nm。
[0013]可选地，合金层通过磁控溅射、原子层沉积、热蒸镀，脉冲激光沉积中的至少一种方法获得。
[0014]可选地，有机物层的厚度为0.5～100μm。
[0015]本专利技术还提供了一种电池，电池包括正极、隔膜和上述的复合负极。
[0016]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术提供了一种复合负极；其中，合金层中的亲锂金属表面具有较低锂成核过电势，能够诱导锂金属在其表面均匀沉积；有机物层的聚乳酸能够与合金层中的锂金属发生原位反应，进而生成聚乳酸锂作为负极的SEI膜；聚乳酸锂具有优异锂离子传导能力和力学性能，具有疏锂性的聚乳酸锂能够抑制锂枝晶纵向生长；从而使得集流体/合金层/有机物层复合负极能够有效抵抗高温存储以及锂沉积所带来SEI膜频繁破裂以和重组的影响，进而降低有效锂损耗，继而能够提高电池的容量保持率。
附图说明
[0017]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0018]图1为本专利技术提供的一种复合负极的结构示意图。
[0019]图中：110、集流体；120、合金层；121、锂金属；122、亲锂金属；130、有机物层。
具体实施方式
[0020]锂离子电池容量降低的主要原因之一是锂元素(化合物和离子)的不可逆损失，即形成了不可逆的锂化合物或者锂金属。不可逆的锂化合物是形成SEI 膜的主要成分之一，而不可逆的锂金属主要是形成了枝晶锂和死锂。
[0021]锂枝晶的初始形核与生长过程枝晶的产生可分为3个阶段。
[0022]第一阶段，电池组装后，由于锂金属的高度活泼性，在接触到电解质中的有机溶剂等组分时能发生瞬时反应，形成SEI膜，即SEI膜的形成早于枝晶的产生。致密的SEI膜可以阻止电解液与锂金属发生进一步反应，是一种良好的离子导体，但却是电子绝缘体。Li
+
可以穿过这层SEI膜在电极表面沉积，但由于锂、电解质、SEI膜的本身特性和充放电条件影响导致其沉积分布不均匀。
[0023]第二阶段，形核阶段，即不均匀沉淀的持续累积，导致某些地方凸起，直至顶破原始SEI膜。
[0024]最后进入生长阶段，刺破原始SEI膜后继续在长度方向上生长，成为可见的枝晶。同时，SEI膜也随着锂金属枝晶的生长而持续不断地反应增生，但始终包覆在锂金属表面。
[0025]由此可见，锂离子电池容量的降低与锂离子在负极的不均匀沉积密切相关。
[0026]为了进一步提高负极容量，抑制负极活性物质与电解液之间的副反应，提高锂离子在负极沉积
‑
溶出效率，减缓枝晶生长；本专利技术提供了一种新型复合负极。本专利技术提供的复合负极具备亲锂层和疏锂层，通过在负极集流体均匀沉积一层锂金属和亲锂金属的合金；接着在合金表面均匀涂覆聚乳酸，聚乳酸与合金层中的锂金属原位生成聚乳酸锂作为SEI膜，亲锂金属作为亲锂层，聚乳酸锂作为疏锂层，二者共同促进负极锂均匀沉积
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溶出。
[0027]聚乳酸锂具有优异锂离子传导能力和力学性能，具有疏锂性的聚乳酸锂能够抑制锂枝晶纵向生长；从而使得集流体/合金层/有机物层复合负极能够有效抵抗高温存储以及锂沉积所带来SEI膜频繁破裂以和重组的影响，进而降低有效锂损耗，继而能够提高电池的容量保持率。
[0028]现结合附图，对本专利技术的技术方案及实施例作详细说明。
[0029]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0030]本专利技术提供了一种复合负极，复合负极包括集流体110、合金层120和有机物层130，合金层120设置在集流体110上，有机物层130设置在合金层120 的表面上；合金层120为锂金属121与亲锂金属122的混合物，有机物层130 为高分子弱酸。
[0031]进一步地，亲锂金属122为Sn、Be、Ge、Bi、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Pt、 Ag、Au、Zn中的至少一种。本申请实施例中优选Sn、Zn、Mo、Bi，将其作为亲锂金属122和锂金属121进行混合。
[0032]具体地，合金层120中锂金属121的摩尔比例为10％～90％。
[0033]具体地，亲锂金属122以任意比例混合。
[0034]优选地，有机物层130为聚乳酸，其结构式如下所示：
[0035][0036]聚乳酸与合金层中的锂金属会在原位生成聚乳酸锂作为SEI膜，亲锂金属作为亲锂层，聚乳酸锂作为疏锂层，二者共同促进负极锂均匀沉积
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溶出。
[0037]聚乳酸本身具有一定的粘结力，因此在有机物层的涂覆工艺过程中不需要添加额外的油溶性粘结剂，油溶性粘结剂会在加工过程中产生有毒有害气体，从而使得产品更加绿色环保。
[0038]优选地，集流体110为铜金属或铜合金；铜金属的导电性能优良、延展性较好、成本较低；金属铜在电池充放电过程中，只有很少的嵌锂容量，能够保持材料结构和电化学性能的稳定。
[0039]具体地，合金层120的厚度为5～500nm。
[0040]进一步地，合金层120通过磁控溅射、原子层沉积、热蒸镀，脉冲激光沉积中的至少一种方法获得。
[0041]具体地，有机物层130的厚度为0.5～100μm。
[0042本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合负极，其特征在于，包括集流体、合金层和有机物层，所述合金层设置在所述集流体上，所述有机物层设置在所述合金层的表面上；所述合金层为锂金属与亲锂金属的混合物，所述有机物层为高分子弱酸。2.根据权利要求1所述的复合负极，其特征在于，所述亲锂金属为Sn、Be、Ge、Bi、Ga、Zr、Nb、Mo、In、Pt、Ag、Au、Zn中的至少一种。3.根据权利要求2所述的复合负极，其特征在于，所述合金层中所述锂金属的摩尔比例为10％～90％。4.根据权利要求3所述的复合负极，其特征在于，所述亲锂金属以任意比例混合。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圣华，晁广召，丁意军，李辉，胡大林，廖兴群，
申请(专利权)人：惠州市豪鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：