负极金属箔及其制备方法和电池技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种负极金属箔及其制备方法和电池。本发明专利技术一种负极金属箔的制备方法，包括以下步骤：将金属箔基体作为工作电极，石墨或者铂片作为对电极，置于电解液中，在恒定电压下进行阳极氧化，得到表面具有氧化层的复合金属箔；将所述复合金属箔进行超声处理，去除所述氧化层，得到负极金属箔；所述负极金属箔的至少一侧表面具有多个凹陷结构，多个所述凹陷结构呈阵列分布。本发明专利技术通过阳极氧化和超声处理，在金属箔基体的表面制备出具有均匀化电场功能的纳米凹陷结构阵列，以此均匀化锂沉积的电场来改善本身就具有高能量密度的无负极锂离子电池的循环稳定性，发展兼具高比能和长循环的无负极锂离子电池。池。池。

【技术实现步骤摘要】
负极金属箔及其制备方法和电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种负极金属箔及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车的快速发展，人们对其续航里程和电池寿命的要求越来越高，电动汽车的续航总里程与其搭载的动力电池能量密度和循环稳定性直接相关，所以近年来如何发展兼具高能量密度和长循环稳定性的锂离子电池一直是研究的热点。
[0003]目前，锂离子电池比能量密度主要可以从化学和物理两个层面进行提升：(1)化学层面上提高正负极材料的能量密度：如正极材料朝着高镍含量三元等正极发展，负极朝着发生合金化反应的硅基、锂金属等负极发展，但是高能量正负极材料往往意味着更高的产气、更差的循环稳定性以及枝晶生长带来的安全等问题；(2)物理层面上，主要通过简化电芯的结构件，降低电芯的重量来提升比能量密度，如盖板简易化，壳体薄化、集流体薄化等。其中，J.Neudecker等人率先提出了无负极电池这一概念，该电池使用负极集流体铜箔代替传统的石墨负极材料，从而降低电池质量，提升能量密度。
[0004]无负极锂电池是通过用金属箔代替传统石墨负极，所以在电池充电过程中，锂离子从正极脱出，穿过隔膜，沉积在负极金属箔表面形成金属锂，放电过程中这些金属锂再形成锂离子回嵌入正极中，因此负极金属箔的属性在决定锂离子电池循环稳定性方面起到至关重要的作用。然而，负极金属光箔的表面在生产制造过程中往往存在不均匀的裂痕和缺陷，造成不均匀的锂离子沉积和剥离，导致枝晶的生长，刺穿隔膜，造成短路，带来安全性问题。r/>[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种负极金属箔的制备方法，该方法得到的具有纳米凹陷结构阵列的负极金属箔，可诱导锂离子的均匀成核，从而诱导后续锂离子的均匀生长，提高锂离子电池的循环稳定性。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的负极金属箔的制备方法制备得到的负极金属箔，该负极金属箔的表面具有尺寸均一、排列规律的凹陷结构。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种电池。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]一种负极金属箔的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将金属箔基体作为工作电极，石墨或者铂片作为对电极，置于电解液中，在恒定电压下进行阳极氧化，得到表面具有氧化层的复合金属箔；将所述复合金属箔进行超声处理，去除所述氧化层，得到负极金属箔；
[0012]所述负极金属箔的至少一侧表面具有多个凹陷结构，多个所述凹陷结构呈阵列分布。
[0013]在一种实施方式中，所述金属箔基体包括钛箔、铝箔、铜箔、镍箔和铁箔中的至少一种。
[0014]在一种实施方式中，所述金属箔基体预先经过超声洗涤处理；所述超声洗涤处理采用的洗涤剂包括丙酮和乙醇。
[0015]在一种实施方式中，所述金属箔基体的厚度为6～200μm。
[0016]在一种实施方式中，所述电解液包括氟化铵、乙二醇和水；所述电解液中，氟化铵的质量分数为0.05％～0.8％，乙二醇的质量分数为0.5％～5％。
[0017]在一种实施方式中，所述恒定电压的范围为30～120V。
[0018]在一种实施方式中，所述超声处理的功率为500～5000W，所述超声处理的时间为30～600s。
[0019]在一种实施方式中，所述凹陷结构的形状包括碗状。
[0020]在一种实施方式中，所述凹陷结构的开口直径为50～500nm。
[0021]在一种实施方式中，所述凹陷结构的深度为25～250nm。
[0022]在一种实施方式中，所述负极金属箔的单侧表面上，所述凹陷结构的开口总面积占所述负极金属箔的单侧表面积的50％～99.9％。
[0023]如上所述的负极金属箔的制备方法制备得到的负极金属箔。
[0024]一种电池，包括至少一个正极片、至少一个隔膜和至少一个负极金属箔，所述负极金属箔为如上所述的负极金属箔的制备方法制备得到的负极金属箔或者如上所述的负极金属箔；所述正极片和所述负极金属箔交替层叠设置，且相邻的所述正极片和所述负极金属箔之间设置所述隔膜；所述正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层。
[0025]在一种实施方式中，在所述正极片、隔膜和负极金属箔的层叠方向上，所述隔膜的投影形成第一区域，所述正极片的投影形成第二区域，所述负极金属箔的投影形成第三区域，所述第三区域在所述第一区域内，所述第二区域在所述第三区域内。
[0026]在一种实施方式中，所述正极材料层包括正极活性材料；所述正极活性材料包括磷酸亚铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂、三元材料和无钴正极材料中的至少一种。
[0027]在一种实施方式中，所述隔膜包括PP膜、PE膜和复合隔膜中的至少一种；所述复合隔膜包括PP基膜和/或PE基膜，所述基膜的表面含有陶瓷和PVDF。
[0028]在一种实施方式中，所述隔膜的厚度为3～50μm。
[0029]在一种实施方式中，所述正极集流体的厚度为5～50μm。
[0030]在一种实施方式中，所述正及材料层的厚度为5～500μm。
[0031]在一种实施方式中，所述正极片、隔膜和负极金属箔均为矩形；所述隔膜的长度比所述负极金属箔的长度大2～10mm，所述隔膜的宽度比所述负极金属箔的宽度大2～10mm；所述负极金属箔的长度比所述正极片的长度大2～10mm，所述负极金属箔的宽度比所述正极片的宽度大2～10mm。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0033](1)本专利技术通过阳极氧化和超声处理，在金属箔基体的表面制备出具有均匀化电场功能的纳米凹陷结构阵列，以此均匀化锂沉积的电场来改善本身就具有高能量密度的无
负极锂离子电池的循环稳定性，发展兼具高比能和长循环的无负极锂离子电池。
[0034](2)本专利技术的方法得到的负极金属箔，其表面具有尺寸均一、规律性的纳米凹陷结构阵列，形成更加均匀的电场，有利于锂离子的均匀沉积
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剥离，每个凹陷结构都相当于一个锂离子的铆钉，诱导锂离子的均匀成核，从而诱导后续锂离子的均匀生长，以提高锂离子电池的循环稳定性。
[0035](3)本专利技术的电池，以负极金属箔作为负极片，带有凹陷结构的金属负极箔具有更多的预留空间用于存储锂金属，进而降低电池整体的重量，提高电池整体的比能量密度；本专利技术的电池具有更加优异的容量保持率。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0037]图1为本专利技术负极金属箔的制备示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极金属箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属箔基体作为工作电极，石墨或者铂片作为对电极，置于电解液中，在恒定电压下进行阳极氧化，得到表面具有氧化层的复合金属箔；将所述复合金属箔进行超声处理，去除所述氧化层，得到负极金属箔；所述负极金属箔的至少一侧表面具有多个凹陷结构，多个所述凹陷结构呈阵列分布。2.根据权利要求1所述的负极金属箔的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：(1)所述金属箔基体包括钛箔、铝箔、铜箔、镍箔和铁箔中的至少一种；(2)所述金属箔基体预先经过超声洗涤处理；所述超声洗涤处理采用的洗涤剂包括丙酮和乙醇；(3)所述金属箔基体的厚度为6～200μm。3.根据权利要求1所述的负极金属箔的制备方法，其特征在于，所述电解液包括氟化铵、乙二醇和水；所述电解液中，氟化铵的质量分数为0.05％～0.8％，乙二醇的质量分数为0.5％～5％。4.根据权利要求1所述的负极金属箔的制备方法，其特征在于，所述恒定电压的范围为30～120V。5.根据权利要求1所述的负极金属箔的制备方法，其特征在于，所述超声处理的功率为500～5000W，所述超声处理的时间为30～600s。6.根据权利要求1所述的负极金属箔的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)～(4)中的至少一种：(1)所述凹陷结构的形状包括碗状；(2)所述凹陷结构的开口直径为50～500nm；(3)所述凹陷结构的深度为25～250nm；(4)所述负极金属箔的单侧表面上，所述凹陷结构的开口总面积占所述负极金属箔的单侧表面积的50％～99.9％。7.如权利要求1～6中任一项所述的负极金属箔...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵梦，苏树发，吴江雪，耿守贤，赵建业，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：