一种无负极极片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及无负极锂电池技术领域，尤其是涉及一种无负极极片及其制备方法，包括铜箔和涂覆于所述铜箔表面的保护层，所述保护层包括高分子聚合物

【技术实现步骤摘要】
一种无负极极片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无负极锂电池
，尤其是涉及一种无负极极片及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在电化学储能
，锂离子电池是一种重要的电池类型，具有长循环寿命和较低自放电率等优点
。
锂离子电池的负极材料通常使用石墨，然而其能量密度已经发展到瓶颈，很难进一步提升
。
[0003]使用铜箔作为负极的无负极锂金属电池可以进一步提高电池的质量能量密度与体积能量密度，同时可以节约生产成本
。
然而，由于铜箔表面的不均匀，在电场中，容易出现“尖端效应”而导致锂离子分布不均匀，引发锂枝晶的不可控生长
。
同时，自发生成的固体电解质界面层
(SEI)
不稳定，容易在反复循环中破裂，导致锂枝晶的不可控生长，破裂的
SEI
加剧了电极界面电场的不均匀，引发枝晶生长的恶性循环
。
锂枝晶的不断生长会刺破隔膜，导致电池短路，严重时会引发电池起火甚至爆炸等安全事故
。
[0004]目前，已经有一些方法被提出来改善无负极电池的性能
。
例如，专利技术专利
CN114883572A
提供了一种无负极极片及包含其的锂离子电池，该无负极极片采用嵌有贯穿孔设计的高分子作支撑层，然后在其表面磁控溅射金属铜层，在金属铜层表面再化学聚合一层高分子导电聚合物
。
虽然上述专利中的无负极极片具有抑制锂枝晶生长
、
延长电池寿命的效果，但其制备方法复杂，难以实现工业化生产
。
此外，现有技术中的解决方案在抑制锂枝晶生长和均匀锂离子沉积方面仍有待提高
。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种无负极极片及其制备方法，该无负极极片可实现锂离子快速传导
、
均匀沉积，并在较长循环中保持完整的膜层结构，实现电池较长的循环寿命
。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种无负极极片，包括铜箔和涂覆于所述铜箔表面的保护层，所述保护层包括高分子聚合物
、
高介电无机陶瓷颗粒和高离子电导无机颗粒；
[0008]其中，所述保护层的厚度为1‑5μ
m
，且所述高介电无机陶瓷颗粒和所述高离子电导无机颗粒的质量和为高分子聚合物的2‑
60
％，所述高介电无机陶瓷颗粒和所述高离子电导无机颗粒的质量比为1：
(0.5
‑
6)。
[0009]在本专利技术的保护层中，高分子聚合物可构建柔韧
、
平整的膜层，以抑制锂枝晶生长，减少电解液与金属锂的进一步反应，从而提高电池循环使用寿命；而高介电无机陶瓷颗粒和高离子电导无机颗粒作为填料填充在膜层中，可以提高膜层机械强度，减少膜层在反复循环中破裂的问题，同时，高介电无机陶瓷颗粒具有在电场中自发极化的特性，电场中自发极化即自身产生与外电场相反的电场，减弱外部电场，从而使界面各处电场强度相同，达到均衡界面电场的作用，锂离子在均衡的电场下，可以实现均匀分布；而高离子电导无机颗粒具有高的离子电导率，可以促进锂离子在膜层中快速传导，实现锂离子快速沉积，避免电
极界面局部锂离子浓度过高，造成锂枝晶快速生长
。
[0010]因此，本专利技术的无负极极片在保护层中三种物质的协同作用下，可实现锂离子快速传导
、
均匀沉积，并在较长循环中有效抑制锂金属负极中锂枝晶的生长，进而保持完整的膜层结构，延长电池的循环寿命
。
[0011]此外，研究表明，高介电无机陶瓷颗粒与高离子电导无机颗粒的质量比优选为
1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、2:1、2:3、2:5、2:7、2:9
，并进一步优选为
1:1、1:2、2:1、2:3。
[0012]而高介电无机陶瓷颗粒与高离子电导无机颗粒的用量为高分子聚合物总质量的8‑
20
％，并优选为2％
、3
％
、5
％
、6
％
、8
％
、10
％
、15
％
、20
％
、30
％
、40
％
、50
％
、60
％，并非含量越多越好，也并非含量越少越好
。
[0013]本专利技术所使用的高分子聚合物包括聚偏氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
、
聚氧化乙烯
、
聚四氟乙烯
、
聚吡咯
、
聚噻吩
、
聚乙烯
、
聚丙烯
、
聚苯乙烯
、
聚丙烯酰胺
、
乙烯
‑
丙烯
‑
二烯共聚树脂
、
苯乙烯丁二烯橡胶
、
聚丁二烯
、
氟橡胶
、
聚环氧乙烯
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
丙烯酸树脂
、
环氧树脂
、
聚乙烯醇
、
羧丙基纤维素
、
乙基纤维素
、
羧甲基纤维素钠
、
丁苯乳胶
、
聚丙烯腈或其改性衍生物中的任意一种或多种，并优选为聚偏氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和聚氧化乙烯中的一种或多种
。
[0014]本专利技术所使用的高介电无机陶瓷颗粒包括三氧化二铝
、
勃姆石
、
二氧化钛
、
氧化锆
、
钛酸钡
、
铌酸锂
、
蒙脱土
、
二氧化钛
、
钛酸铋
、
钛酸铋钠
、
钛酸锶
、
钛酸锶钡和锆钛酸铅中的任意一种或多种，并优选为钛酸钡
、
三氧化二铝
、
二氧化钛
、
钛酸铋
、
钛酸锶和钛酸锶钡中的一种或多种
。
[0015]并且，本专利技术所使用高介电无机陶瓷颗粒的粒径为
100
‑
200nm
，并优选为
100nm。
[0016]本专利技术所使用的高离子电导无机颗粒包括磷酸钛铝锂
、
氟化锂
、
锂镧锆氧
、
锂镧锆钽氧
、
锂镧锆铌氧
、
磷酸钛锗锂和钛酸镧锂中的任意一种或多种，并优选为磷酸钛铝锂
、
锂镧锆钽氧和氟化锂中的一种或多种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无负极极片，其特征在于，包括铜箔和涂覆于所述铜箔表面的保护层，所述保护层包括高分子聚合物
、
高介电无机陶瓷颗粒和高离子电导无机颗粒；其中，所述保护层的厚度为1‑5μ
m
，且所述高介电无机陶瓷颗粒和所述高离子电导无机颗粒的质量和为高分子聚合物的2‑
60
％，所述高介电无机陶瓷颗粒和所述高离子电导无机颗粒的质量比为1：
(0.5
‑
6)。2.
根据权利要求1所述的无负极极片，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚偏氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
、
聚氧化乙烯
、
聚四氟乙烯
、
聚吡咯
、
聚噻吩
、
聚乙烯
、
聚丙烯
、
聚苯乙烯
、
聚丙烯酰胺
、
乙烯
‑
丙烯
‑
二烯共聚树脂
、
苯乙烯丁二烯橡胶
、
聚丁二烯
、
氟橡胶
、
聚环氧乙烯
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
丙烯酸树脂
、
环氧树脂
、
聚乙烯醇
、
羧丙基纤维素
、
乙基纤维素
、
羧甲基纤维素钠
、
丁苯乳胶
、
聚丙烯腈或其改性衍生物中的任意一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的无负极极片，其特征在于，所述高介电无机陶瓷颗粒包括三氧化二铝
、
勃姆石
、
二氧化钛
、
氧化锆
、
钛酸钡
、
铌酸锂
、
蒙脱土
、
二氧化钛
、
钛酸铋
、
钛酸铋钠
、
钛酸锶
、
钛酸锶钡和锆钛酸铅中的任意一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的无负极极片，其特征在于，所述高离子电导无机颗粒包括磷酸钛铝锂
、
氟化锂
、
锂镧锆氧
、
锂镧锆钽氧
、
锂镧锆铌氧
、
磷酸钛锗锂和钛酸镧锂中的任意一种或多种
。5.
根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄杜斌，孙猛，杨扬，徐伟恒，王春源，李爱军，
申请(专利权)人：北京金羽新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：