CN110571413A - 一种具有复合层结构的电极和锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有复合层结构的电极和锂电池，具有复合层结构的电极包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。该具有复合层结构的电极不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的安全性能和循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极，尤其涉及一种具有复合层结构的电极和锂电池，属于锂电池技术领域。
背景技术
随着动力汽车的崛起，人们对于高能量密度储能设备的追求越来越迫切，传统碳材料负极由于价格便宜，安全可逆循环次数高等诸多有利条件而得到了广泛应用。但是，碳材料负极理论容量较低(372mAh/g)已经越来越难以满足人们对高能量密度的追求。
锂金属负极材料因其非常高的理论容量(3860mAh·g-1)和最负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)而被称为二次锂电池的“圣杯”，受到了人们的广泛关注，但锂金属负极存在的缺点也是显而易见的。如金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化，不仅降低了电池的容量，更会造成安全隐患，缩短电池使用寿命。
发明内容
本发明提供一种具有复合层结构的电极，该具有复合层结构的电极能够使锂离子均匀沉积，不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。
本发明还提供一种具有复合层结构的电极的制备方法，该制备方法简单易行，能够以低制造成本得到不会发生锂枝晶现象的具有复合层结构的电极。
本发明还提供一种具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用，该具有复合层结构的电极作为负极有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。
本发明还提供一种锂电池，该锂电池具有优异的能量密度、安全性能和循环寿命。
本发明提供一种具有复合层结构的电极，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；
其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的材料包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂单质的材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂氧化物的材料选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述反钙钛矿层的材料选自锂基反钙钛矿材料。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的厚度为0.1-10μm，所述第二亲锂层的厚度为0.5-10μm，所述反钙钛矿层的厚度为0.1-2μm。
如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层覆盖于集流体的一侧，所述第二亲锂层沉积于所述第一亲锂层的一侧，所述反钙钛矿层沉积于所述第二亲锂层的一侧。
本发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极的制备方法，包括以下步骤：
在集流体的一侧形成第一亲锂层；
在所述第一亲锂层上形成第二亲锂层；
在所述第二亲锂层上形成反钙钛矿层，得到所述具有复合层结构的电极。
发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用。
本发明还提供一种锂电池，所述锂电池的负极为上述任一所述的具有复合层结构的电极。
本发明的具有复合层结构的电极通过对多种亲锂性材料进行有序复合，能够使锂离子均匀的沉积在该具有复合层结构的电极的表面上，有效抑制了锂枝晶的生成，从而不仅有利于提高锂电池的能量密度，更提高了锂电池的安全性以及循环寿命。
附图说明
图1为本发明具有复合层结构的电极的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明具有复合层结构的电极的结构示意图，如图1所示，本发明的具有复合层结构的电极，包括集流体100和依序形成于集流体100表面的第一亲锂层201、第二亲锂层202以及反钙钛矿层203；其中，所述第一亲锂层201为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层202的组成亲锂单质或亲锂氧化物。
在一种实施方式中，第一亲锂层201通过旋涂、喷墨或印刷的方式覆盖于集流体100的一表面，第二亲锂层202通过沉积的方式形成于第一亲锂层201的表面，反钙钛矿层203通过沉积的方式形成于第二亲锂层202的表面，从而形成本发明的具有复合层结构的电极。
其中，第二亲锂层202的材料组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。具体在本发明的具有复合层结构的电极中，第二亲锂层202可以是亲锂单质层或者亲锂氧化物层中的一种。
具体地，集流体100有助于电子的收集以及释放。一方面，在集流层100上修饰第一亲锂层201，不仅提高了集流体100的比表面积，增加集流体100的电导率，使电子在集流体100上分布较为均匀，以为第二亲锂层202均匀负载提供成核位点，而且第一亲锂层201中的氮元素对碳层亲锂性的促进也有助于第二亲锂层202的均匀负载，因此，第一亲锂层201为第二亲锂层202提供了良好的负载平台，通过第二亲锂层202在第一亲锂层201的均匀沉积，能够有效降低锂枝晶生长的可能；另一方面，第二亲锂层202能够进一步增加负极的表面积以及亲锂特性，降低了形核电势，通过与第一亲锂层201的协同作用进一步保证锂离子的均匀沉积，显著降低锂枝晶的生长概率。此外，反钙钛矿层203不仅能够对本发明电极的亲锂特性进行再次优化以使锂离子均匀沉积，更能够降低本发明电极的界面电势。
因此，本发明通过构造合理的负极骨架能够使锂离子在具有复合层结构的电极的反钙钛矿层上均匀沉积，从而抑制了锂枝晶的生长，确保了使用本发明具有复合层结构的电极的锂电池的安全性能以及循环寿命，有效提升了锂电池的工作性能。而且，若反钙钛矿层在第二亲锂层表面发生蒸镀不完全，锂离子也会均匀沉积在第二亲锂层的表面，全面抑制锂枝晶的生长的可能性。
在本发明中，集流体100的材料可以是铜箔、泡沫铜、多孔铜以及铜网中的一种。
第一亲锂层201的材料可以包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。
第二亲锂层202的材料可以是亲锂单质或者亲锂氧化物，其中，亲锂单质材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种，亲锂氧化物选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。
反钙钛矿层203的材料选自锂基反钙钛矿材料，本发明不限制锂基反钙钛矿材料的具体化合物，例如可以是Li3OF、Li3OCl、Li3OBr、Li3OI、Li3OCl0.5Br0.5、Li3OBH4、Li3SBF4、Li3S(BF4)0.5Cl0.5等的一种。
进一步地，为了保证具有复合层结构的电极中各个功能层的有效性，本发明的集流体100的厚度可以为6-20μm，进一步为6-10μm；
所述第一亲锂层201的厚度为0.1-10μm，进一步为0.2-1μm；所述第二亲锂层202的厚度为0.5-10μm，进一步为1-5μm；所述反钙钛矿层203的厚度为0.1-2μm，进一步为0.2-1μm。
本发明的具有复合层结构的电极，通过对多种功能材料进行有序复合，能够有效提高电极的亲锂性，使锂离子能够均匀沉积在电极的反钙钛矿层表面，避免由于锂离子的杂乱沉积而导致的锂枝晶现象，从而有利于提高锂电池的能量密度、循环寿命以及安全性；此外，具有复合层结构的电极中的反钙钛矿层除了增加亲锂性外，还能够通过降低界面电阻实现锂电池的循环寿命的延长，进一步优化了锂电池的工作表现。
本发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极的制备方法，包括以下步骤：
S101：在集流体的一侧形成第一亲锂层；
具体地，将第一亲锂层的材料(例如上述的氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种)与粘结剂溶液混合，搅拌均匀得到浆料。随后，利用旋涂、印刷或者喷墨等方法在集流体的一侧(集流体的上表面或下表面)覆盖浆料，从而在集流体的一表面上形成第一亲锂层。
其中，粘结剂溶液可以是丁苯橡胶水溶液，也可以是聚偏二氟乙烯粘结剂的甲基吡咯烷酮溶液。
S102：在所述第一亲锂层上形成第二亲锂层；
具体可以利用化学磁控溅射、化学气相沉积、原子层沉积，电化学沉积、物理气相沉积、离子镀等方法在第一亲锂层的表面(该表面与和集流体接触的表面相对)沉积第二亲锂层的材料，从而在第一亲锂层的一表面上形成第二亲锂层。
需要注意的是，在沉积第二亲锂层之前，需要对第一亲锂层进行干燥，确保第一亲锂层中的溶剂被去除。
在具体实施方式中，第二亲锂层的沉积可以以亲锂单质或亲锂氧化物为第二亲锂层的材料，在第一亲锂层的表面进行沉积。
S103：在所述第二亲锂层上形成反钙钛矿层，得到所述具有复合层结构的电极。
具体可以利用真空蒸镀的方法在第二亲锂层的表面(该表面与和第一亲锂层接触的表面相对)沉积反钙钛矿材料，从而在第二亲锂层的一表面上形成反钙钛矿层。
上述制备方法中集流体的参数(材料与厚度)、第一亲锂层的参数(材料与厚度)、第二亲锂层的参数(材料与厚度)以及反钙钛矿层的参数(材料与厚度)均与前述相同，此处不再赘述。
本发明的具有复合层结构的电极的制备方法简单，无需大型仪器协助，通过将集流体材料、氮掺杂碳、亲锂单质(或亲锂氧化物)以及反钙钛矿材料进行有序组合，不仅能够使锂离子在电极上均匀沉积，抑制了锂枝晶的生长，也降低了界面电阻，从而显著地改善了锂电池的能量密度、安全性能以及循环寿命，提高了锂电池的工作性能。
本发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用。
该电极作为锂电池负极不仅有助于锂离子的均匀沉积，抑制了锂枝晶的生长，避免了由于锂枝晶导致的锂电池的容量下降，循环寿命降低，甚至短路的现象，也能够降低界面电阻，从而显著地改善了锂电池的能量密度、安全性能以及循环寿命，提高了锂电池的工作性能。
本发明还提供一种锂电池，以上述任一所述的具有复合层结构的电极为锂电池的负极。除此之外，该锂电池还包括正极、电解质。在具体应用时，本发明的具有复合层结构的电极中的反钙钛矿层靠近电解质，因此锂离子会均匀沉积在反钙钛矿层的表面。
示例性的，正极材料可以采用磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基材料以及三元材料中的一种；
电解质可以为液态电解液、凝胶电解质或者固态电解质。
本发明的锂电池，由于采用了能够使锂离子均匀沉积的具有复合层结构的电极，因此能够显著的抑制锂枝晶的生长，避免了由于锂枝晶导致的容量下降、短路等现象，具有优异的能量密度、安全性能以及循环寿命。
以下，通过具体实施例对本发明的具有复合层结构的电极及其制备方法和锂电池进行详细的介绍。
实施例1
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过旋涂的方式在铜箔上覆盖一层0.1μm厚的第一亲锂层(氮掺杂的石墨烯层)；
2、干燥后，利用磁控溅射沉积的方法在第一亲锂层上沉积0.5μm厚的第二亲锂层(Al层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.2μm厚的反钙钛矿层(Li3OCl层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配磷酸铁锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例2
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过印刷的方式在铜网上覆盖一层0.5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂的石墨烯层)；
2、干燥后，利用化学气相沉积的方法在第一亲锂层上沉积1μm厚的第二亲锂层(Bi层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.2μm厚的反钙钛矿层(Li3OBr层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配磷酸铁锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例3
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂碳纳米管分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在多孔铜上覆盖一层0.5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂碳纳米管层)；
2、干燥后，利用物理气相沉积的方法在第一亲锂层上沉积1μm厚的第二亲锂层(Si层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.2μm厚的反钙钛矿层(Li3OI层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配钴酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例4
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂导电炭黑分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过旋涂在泡沫铜上覆盖一层1μm厚的第一亲锂层(氮掺杂导电炭黑层)；
2、干燥后，利用电化学沉积的方法在第一亲锂层上沉积3μm厚的第二亲锂层(锗层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀1μm厚的反钙钛矿层(Li3OCl层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配钴酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例5
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过印刷的方式在铜箔上覆盖一层0.5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂石墨烯层)；
2、干燥后，利用原子层沉积的方法在第一亲锂层上沉积2μm厚的第二亲锂层(镁层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀1μm厚的反钙钛矿层(Li3OBr层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配锰酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例6
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在铜网上覆盖一层0.5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂石墨烯层)；
2、干燥后，利用磁控溅射的方法在第一亲锂层上沉积0.5μm厚的第二亲锂层(锡层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀1μm厚的反钙钛矿层(Li3OI层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配锰酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例7
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂导电炭黑分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在铜网上覆盖一层2μm厚的第一亲锂层(氮掺杂导电炭黑层)；
2、干燥后，利用物理气相沉积的方法在第一亲锂层上沉积5μm厚的第二亲锂层(锌层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.5μm厚的反钙钛矿层(Li3OBH4层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配镍酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例8
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂碳纳米管分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在泡沫铜上覆盖一层2μm厚的第一亲锂层(氮掺杂碳纳米管)；
2、干燥后，利用电化学沉积的方法在第一亲锂层上沉积1μm厚的第二亲锂层(锌层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.5μm厚的反钙钛矿层(Li3SBF4层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配三元材料正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例9
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过印刷的方式在铜网上覆盖一层2μm厚的第一亲锂层(氮掺杂导石墨烯层)；
2、干燥后，利用原子层沉积的方法在第一亲锂层上沉积1μm厚的第二亲锂层(二氧化硅层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.5μm厚的Li3S(BF4)0.5Cl0.5反钙钛矿层，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配锰酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例10
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过旋涂、在铜网上覆盖一层5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂石墨烯层)；
2、干燥后，利用磁控溅射的方法在第一亲锂层上沉积2μm厚的第二亲锂层(氧化锌层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.3μm厚的反钙钛矿层(Li3OBH4层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配镍锰酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例11
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂碳纳米管分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在铜箔上覆盖一层10μm厚的第一亲锂层(氮掺杂碳纳米管)；
2、干燥后，利用离子镀的方法在第一亲锂层上沉积5μm厚的第二亲锂层(二氧化锗层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.3μm厚的反钙钛矿层(Li3OBr层)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配钴酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例12
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在多孔铜上覆盖一层0.5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂石墨烯层)；
2、干燥后，利用离子镀的方法在第一亲锂层上沉积2μm厚的第二亲锂层(氧化镁层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.3μm厚的Li3S(BF4)0.5Cl0.5反钙钛矿层，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配磷酸铁锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例13
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂碳纳米管分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过印刷在铜网上覆盖一层10μm厚的第一亲锂层(氮掺杂碳纳米管层)；
2、干燥后，利用磁控溅射的方法在第一亲锂层上沉积3μm厚的第二亲锂层(氧化锡层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.8μm厚的反钙钛矿层(Li3OCl)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配三元材料正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例14
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂导电炭黑分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过喷墨的方式在泡沫铜上覆盖一层5μm厚的第一亲锂层(氮掺杂导电炭黑层)；
2、干燥后，利用物理气相沉积的方法在第一亲锂层上沉积2μm厚的第二亲锂层(铝层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.8μm厚的反钙钛矿层(Li3SBF4)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配镍锰酸锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
实施例15
本实施例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将聚偏二氟乙烯粘结剂(PVDF)溶解在甲基吡咯烷酮(NMP)中形成PVDF胶溶液，然后将氮掺杂导电炭黑层分散在PVDF胶溶液中得到浆料，通过旋涂、在铜箔上覆盖一层2μm厚的第一亲锂层(氮掺杂导电炭黑层)；
2、干燥后，利用原子层沉积的方法在第一亲锂层上沉积2μm厚的第二亲锂层(三氧化二铝层)；
3、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.8μm厚的反钙钛矿层(Li3OBr)，得到本实施例的具有复合层结构的电极。
上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配富锂锰基正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本实施例的锂电池。
对比例1-15
对比例1-15分别与实施例1-15对应，唯一不同的是对比例1-15的锂电池的具有复合层结构的电极不包括反钙钛矿层(即只包括集流体、第一亲锂层以及第二亲锂层)。
对比例16
本对比例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、将丁苯橡胶(SBR)粘结剂溶解在去离子水中形成SBR胶溶液，然后将氮掺杂石墨烯分散在SBR胶溶液中得到浆料，通过旋涂的方式在铜箔上覆盖一层0.1μm厚的第一亲锂层(氮掺杂的石墨烯层)；
2、干燥后，在第一亲锂层上进一步真空蒸镀0.2μm厚的反钙钛矿层(Li3OCl层)，得到具有复合层结构的电极。
3、将上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配磷酸铁锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得到本对比例的锂电池。
对比例17
本对比例的锂电池中，具有复合层结构的电极按照以下方法制备：
1、利用磁控溅射沉积的方法在铜箔上沉积0.5μm厚的第二亲锂层(Al层)；
2、随后，在第二亲锂层上进一步真空蒸镀0.2μm厚的反钙钛矿层(Li3OCl层)，得到具有复合层结构的电极。
3、将上述具有复合层结构的电极作为负极，搭配磷酸铁锂正极以及液态电解液，采用叠片工艺制备得本对比例的锂电池。
对实施例1-15以及对比例1-17的锂电池进行性能测试，具体包括能量密度测试以及在25℃、0.2C/0.2C下的循环寿命测试，测试结果如表1所示。
表1
由表1可知：本发明的具有复合层结构的电极能够有效提高锂电池的循环寿命以及能量密度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种具有复合层结构的电极，其特征在于，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；
其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。
2.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述第一亲锂层的材料包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。
3.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述亲锂单质的材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述亲锂氧化物的材料选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述反钙钛矿层的材料选自锂基反钙钛矿材料。
6.根据权利要求1-5任一所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述第一亲锂层的厚度为0.1-10μm，所述第二亲锂层的厚度为0.5-10μm，所述反钙钛矿层的厚度为0.1-2μm。
7.根据权利要求1所述的具有复合层结构的电极，其特征在于，所述第一亲锂层覆盖于集流体的一侧，所述第二亲锂层沉积于所述第一亲锂层的一侧，所述反钙钛矿层沉积于所述第二亲锂层的一侧。
8.一种权利要求1-7任一所述的具有复合层结构的电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在集流体的一侧形成第一亲锂层；
在所述第一亲锂层上形成第二亲锂层；
在所述第二亲锂层上形成反钙钛矿层，得到所述具有复合层结构的电极。
9.一种权利要求1-7任一所述的具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用。
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池的负极为权利要求1-7任一所述的具有复合层结构的电极。
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