一种多层结构负极极片、其制备方法和锂电池技术

本发明专利技术提供了一种多层结构负极极片、其制备方法和锂电池，所述多层结构负极极片包括集流体，所述集流体的一侧表面依次层叠有锂合金层、锂金属层和多孔绝缘层。所述制备方法包括：集流体的表面沉积金属层后，在所述金属层的涂覆多孔绝缘层，随后进行电化学镀锂，在所述电化学镀锂过程中，所述金属层发生合金化反应生成锂合金层，并在所述锂合金层的表面形成锂层，得到所述多层结构负极极片。由于锂合金层和多孔绝缘层，有效地缓解了锂金属在沉积/脱出过程中出现的锂枝晶生长和体积膨胀问题，采用该多层结构负极的锂电池显示了高的能量密度、好的循环性能和安全性。好的循环性能和安全性。好的循环性能和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种多层结构负极极片、其制备方法和锂电池


[0001]本专利技术属于电池生产制造
，尤其涉及一种多层结构负极极片、其制备方法和锂电池。

技术介绍

[0002]随着锂电池的商业化应用，便携式电子设备为生产和生活提供了极大的便利。近年来，随着纯电动汽车的快速发展，人们对于其动力储能电池的开发也提出了越来越高的要求，要求其在有限的体积和质量下获得更高的续航里程。因此，现阶段急需开发更高能量密度的储能电池来满足人们日益增长的需求。
[0003]目前，在传统的商业锂电池中，通常采用容量较低的石墨类碳材料作为负极，若想获得较高的充放电容量就需要更厚的正负极极片，这会导致电池整体具有较高的质量和体积，从而导致电池能量密度很难有所提高较低。由于锂金属具有较高的理论比容量(3860mAh/g)、较低的电化学电位(
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3.04V vs.标准氢电极)和低密度(0.534g/cm3)等优点，对于提高锂电池的能量密度具有较大潜力。然而，锂金属作为负极时存在着严重的体积膨胀和锂枝晶生长问题，严重降低了电池循环和安全性能，大大限制了锂金属电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层结构负极极片，其特征在于，所述多层结构负极极片包括集流体，所述集流体的一侧表面依次层叠有锂合金层、锂金属层和多孔绝缘层。2.根据权利要求1所述的多层结构负极极片，其特征在于，所述锂合金层的厚度为2nm～10μm，进一步优选为5nm～5μm；优选地，所述锂金属层的厚度为0～50μm，且不为0；优选地，所述锂金属层的厚度为50nm～20μm；优选地，所述集流体包括铜箔、镍箔和镀镍钢带中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的多层结构负极极片，其特征在于，所述多孔绝缘层为网格状结构；优选地，所述多孔绝缘层的孔隙率＞40％；优选地，所述多孔绝缘层的孔隙率＞80％；优选地，所述多孔绝缘层的厚度为5nm～20μm，进一步优选为20nm～10μm；优选地，所述多孔绝缘层的材质包括无纺布、高分子薄膜、纤维素、玻璃纤维薄膜中的一种或至少两种的组合。4.一种权利要求1
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3任一项所述的多层结构负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：集流体的表面沉积金属层后，在所述金属层的表面涂覆或覆盖多孔绝缘层得到预处理负极极片，随后对所述预处理极片进行电化学镀锂，在所述电化学镀锂的过程中，所述金属层发生合金化反应生成锂合金层，并在所述锂合金层的表面形成锂层，得到所述多层结构负极极片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述集流体的表面沉积金属层的方法包括真空磁控溅射法、蒸镀、热压法或辊压涂覆法中的任意一种；优选地，所述金属层的材质包括与锂金属进行合金化形成锂合金的材料；优选地，所述金属层的材质包括铝、银、金、锌、硅、锡、镓、锑或铟中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属层的厚度为2nm～10μm，进一步优选为5nm～5μm。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述电化学镀锂的过程包括：将所述预处理负极极片、锂片和电解液组装为半电池，对所述预处理负极极片进行电化学镀锂，在所述电化学镀锂过程中，所述金属层发生合金化反应生成锂合金层，并在所述锂合金层的表面形成锂层，得到所述多层结构负极极片；优选地，所述电解液为局部高浓度电解液，包括锂盐、溶剂、惰性稀释剂和添加剂；优选地，所述锂盐包括但不限于双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂或4,5
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二氰基
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三氟甲基咪唑锂中的任意一种或者至少两种的组合；优选地，所述电解液中锂盐的浓度≥2mol/L，进一步优选为2～4mol/L。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括有机醚类溶剂、有机聚醚类溶剂、有机砜类溶剂或有机亚砜类溶剂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶剂包括甲醚、乙醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧戊环、烷基取代二氧戊环、四氢呋喃、烷基取代四氢呋喃、呋喃、烷基
取代呋喃、吡喃、氧杂环己烷、烷基取代氧杂环己烷、聚乙二醇二甲醚、环丁砜、环戊砜、二甲砜、甲乙砜和二乙砜、环丁亚砜、环戊亚砜、二甲亚砜、甲乙亚砜和或二乙亚砜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述惰性稀释剂包括氟代醚类、氟代苯类、氯代烷烃或氟代烷烃中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述惰性稀释剂包括1,1,1,3,3,3
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六氟异丙基甲基醚、2,2,2
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三氟乙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基
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2,2,3,3
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四氟丙基醚、2,2,2
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三氟乙基甲基醚、1,1,2,2
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四氟乙基乙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基
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2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晶晶，王志诚，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：