CN112952031B - 一种负极及其制备方法和应用 - Google Patents

一种负极及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112952031B
CN112952031B CN202110313490.0A CN202110313490A CN112952031B CN 112952031 B CN112952031 B CN 112952031B CN 202110313490 A CN202110313490 A CN 202110313490A CN 112952031 B CN112952031 B CN 112952031B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
negative electrode
storage layer
lithium storage
buffer layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110313490.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112952031A (zh
Inventor
李瑞杰
王磊
黄海强
周龙捷
陈少杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Svolt Energy Technology Wuxi Co Ltd
Original Assignee
Svolt Energy Technology Wuxi Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Svolt Energy Technology Wuxi Co Ltd filed Critical Svolt Energy Technology Wuxi Co Ltd
Priority to CN202110313490.0A priority Critical patent/CN112952031B/zh
Publication of CN112952031A publication Critical patent/CN112952031A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112952031B publication Critical patent/CN112952031B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027Negative electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

本发明提供了一种负极及其制备方法和应用。所述负极包括依次层叠设置的集流体、储锂层和缓冲层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的亲锂位点,所述缓冲层包括第二电子导体骨架。本发明所提供的负极,通过在集流体表面构建储锂层和缓冲层,且储锂层存在亲锂位点,能够使锂离子在其上易于获得电子而沉积,且可以有效抑制锂枝晶的无序生长,减少了电池短路,提升了电池的电化学性能,从而达到提升锂金属电池安全性的目的。

Description

一种负极及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于锂离子电池的技术领域,涉及一种负极及其制备方法和应用。
背景技术
随着消费电子产品、电动汽车的迅速发展,对电池的能量密度、安全可靠性及使用寿命的需求不断飙升。但目前常用的锂离子电池负极如石墨、氧化亚硅等材料的克容量较低,难以达到高能量密度电池的要求。锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/Kg)和最低的电位(-3.04V),因此锂金属二次电池是高能量密度储能器件的首选体系。
在负极中不使用活性物质,而直接使锂沉积于负极侧形成金属锂,是无负极锂金属电池发展的一个方向。但由于沉积于负极侧的锂金属极易生长为锂枝晶进而造成锂枝晶刺穿隔膜而引起电池短路,最终造成电池的安全隐患。
目前使用沉积锂作为负极的锂金属电池主要包括两大类:第一类:负极中仅存在负极集流体,使锂离子直接沉积于集流体之上形成金属锂,这样容易使得锂枝晶生长不受抑制,极易造成电池短路;第二类,使用在锂沉积侧外加保护层的方法来抑制锂枝晶的生长,如液相法制备的合金保护层,这样一般杂质较多,影响充放电过程中锂离子的均匀沉积,并不能很好地抑制锂枝晶的产生;聚合物膜机械强度不够,容易被锂枝晶刺穿,影响电池循环寿命等问题;物理沉积手段形成的保护层厚度很难做厚,调控空间较小,且耗时较长。
CN108428858A公开了一种稳定的锂金属负极,包括负极集流体和负载于所述集流体表面的负极活性物质层,所述负极活性物质层为锂金属层,所述负极集流体包括集流体本体和原位生长于所述集流体本体上的亲锂纳米阵列,并且所述亲锂纳米阵列的厚度为0.8~20μm。该文献中使锂离子直接沉积于集流体之上形成金属锂,这样容易使得锂枝晶生长不受抑制,极易造成电池短路。
CN111403688A公开了一种锂离子固态电池锂负极,用磁控溅射沉积在金属锂片表面的第一缓冲层和涂覆在第一缓冲层上的第二缓冲层;第一缓冲层所用靶材为钛酸锂、锂镧锆钽氧、二氧化钛、二氧化锡、氧化亚硅、二氧化硅、氧化铁、金属铝、金属铟、金属钡或金属钙;所述第二缓冲层为高分子聚合物与无机颗粒的复合薄膜。在金属锂片表面通过磁控溅射沉积第一缓冲层,可以调控锂枝晶的沉积,改善锂离子固态电池的循环性能;第二缓冲层可以有效降低锂负极与氧化物电解质界面的阻抗。该文献所提供的方法虽然能够在负极侧的表面形成均匀的合金保护层,但由于物理沉积设备的限制,沉积的保护层厚度一般只能在纳米级别,一般不超过200nm,可造作性较差。且蒸镀、溅射等工艺操作时间较长,一般形成几十纳米的保护层需要数小时之久。这就限制了物理沉积手段的大规模应用。
因此如何有效地抑制负极中沉积锂时出现的锂枝晶生长,以减少电池短路,是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负极及其制备方法和应用。本发明所提供的负极,通过在集流体表面构建储锂层和缓冲层,且储锂层存在亲锂位点,能够使锂离子在其上易于获得电子而沉积,且可以有效抑制锂枝晶的无序生长,减少了电池短路,提升了电池的电化学性能,从而达到提升锂金属电池安全性的目的。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种负极,所述负极包括依次层叠设置的集流体、储锂层和缓冲层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的亲锂位点,所述缓冲层包括第二电子导体骨架。
本发明所提供的负极,通过依次层叠设置集流体、储锂层和缓冲层,可以得到非常丰富的孔道及孔隙,这些孔道、孔隙为锂沉积提供了充足的空间,进而能够将沉积后的锂储存在其中,防止因锂枝晶的生长而刺穿隔膜引发短路。
储锂层中的第一电子导体骨架为电子的良导体,而能够使锂离子在其上易于获得电子而沉积同时又在其空隙上附着有亲锂位点,这样可以诱导锂金属优先在其上沉积,从而引导锂在提前预留的空间内有序地生长与沉积,避免锂枝晶的产生与刺穿隔膜;而缓冲层仅为电子导体骨架其在亲锂位点与电池的隔膜之间起到缓冲作用,进一步提高了抑制锂枝晶生长的能力,这样在储锂层与电池隔膜之间提供了额外的储锂空间,防止因沉积在储锂层上方的锂金属生长至电池隔膜侧而造成的短路。
因此,本发明所提供的负极,具有丰富的孔道和孔隙,且不含有负极活性物质,而通过使锂金属直接沉积在储锂层孔道之中而达到储锂的目的;因为在负极中舍弃了负极活性物质,进而不受负极活性物质储锂容量上限的限制,能够显著提高电池的能量密度。
优选地,所述储锂层的厚度为20~50μm,例如20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
本发明中,储锂层的厚度过薄,会使得储锂空间不足,导致沉积锂充满储锂空间并溢出,增大了电池短路的风险,过厚,则会造成储锂空间的浪费,进而造成电池整体能量密度的下降;且过厚的储锂层会使得电池首效降低。
优选地,所述缓冲层中不含有亲锂位点。
优选地,所述缓冲层的厚度为1~5μm,例如1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等。
本发明中,缓冲层的厚度如果过薄,达不到预防储锂层中锂溢出的目的,而如果过厚,则又会使电池的能量密度下降。
优选地,所述集流体的材质包括铜、镍或不锈钢中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述第一电子导体骨架和第二电子导体骨架中各自独立地包括导电碳和粘结剂。
本发明中,导电碳的作用为构建储锂骨架,使锂沉积于导电碳形成的骨架空隙之中,且该骨架应是电子的良导体,从而能够使锂离子在其上易于获得电子而沉积。
粘结剂的作用为将导电碳颗粒粘结在一起,维持并保证骨架层的形状与机械强度。
优选地,所述第一电子导体骨架中的导电碳和第二电子导体骨架中的导电碳的团聚粒径均小于等于100nm,例如95nm、90nm、85nm、80nm、70nm、60nm、50nm或40nm等。
本发明中,该粒径范围下的导电碳,具有更加良好的电子导电性,且纳米级的导电碳颗粒可以构筑出孔道结构丰富的储锂空间。
优选地,所述导电碳包括导电炭黑、科琴黑、碳纳米管或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚四氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述亲锂位点的亲锂性物质包括ZnO、SnO2、Ag、CuO、MnO2、Co3O4或ZnS中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述缓冲层中,导电碳的质量占比为70~95%,例如70%、75%、80%、85%、90%或95%等。
优选地,所述缓冲层中,粘结剂的质量占比为5~30%,例如5%、10%、15%、20%、25%或30%等。
优选地,所述储锂层中,导电碳的质量占比为50~90%,例如50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%等。
优选地,所述储锂层中,粘结剂的质量占比为5~30%,例如5%、10%、15%、20%、25%或30%等。
优选地,所述储锂层中,亲锂性物质的质量占比为5~20%,例如5%、10%、15%或20%等。
优选地,所述亲锂位点中的亲锂性物质的团聚粒径小于等于500nm,例如490nm、450nm、400nm、350nm、300nm、250nm、200nm、150nm或100nm等,优选为小于等于200nm。
本发明中,亲锂性物质的团聚粒径小于等于500nm时,更能提高亲锂位点与沉积锂的接触面积,当亲锂性物质的团聚粒径过大时,会导致亲锂位点与电解液有效接触面积的减少,且造成亲锂位点在骨架之中的分布不均,进而导致电流密度分布不均;当其小于等于200nm时,更能使得锂离子快速与亲锂位点相结合,且增加了电解液与亲锂位点的有效接触面积,能够促使锂离子在其上更为均匀地沉积,具有更好的储锂效果。
第二方面,本发明提供一种如第一方面所述的负极的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将储锂层浆料涂覆于集流体表面,一次干燥,得到具有储锂层的集流体,然后将缓冲层浆料涂覆于储锂层表面,二次干燥,得到所述负极;
其中,所述储锂层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂、溶剂和亲锂性物质进行混合,得到储锂层浆料;
所述缓冲层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂和溶剂进行混合,得到缓冲层浆料。
本发明所提供的制备方法,无需烧结,通过导电碳与溶剂、粘结剂混合后干燥的方式来构建内部孔道;因在干燥过程中溶剂的挥发会在导电碳骨架之中留下孔道,且导电碳的非致密堆积也会在颗粒之间留下孔道,这类孔道的孔径相比于材料煅烧所形成的孔道更有利于电解液的浸润,且成本更低,使用现有成熟涂布工艺即可完成,制备工艺简单,制备效率高、成本低,能够利用现有成熟电池产线的设备及工艺来实现。
且本发明中通过亲锂性物质作为亲锂的成核位点,相比于煅烧法形成亲锂位点的方法,本发明中的方法使得亲锂位点种类的选择更为多样化,且不受煅烧条件、时间的影响,更为高效。
优选地,所述储锂层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂加入溶剂中进行分散,得到分散溶液,然后将亲锂性物质和溶剂继续加入分散液中进行混合,得到所述储锂层浆料。
优选地,所述储锂层浆料中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或乙醇。
优选地,所述缓冲层浆料中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或乙醇。
第三方面,本发明还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括如第一方面所述的负极。
优选地,所述锂离子电池为液态锂离子电池。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明所提供的负极,不含有负极活性物质,而通过使锂金属直接沉积在负极的孔道之中而达到储锂的目的;因为在负极中舍弃了负极活性物质,进而不受负极活性物质储锂容量上限的限制,能够显著提高电池的能量密度;通过储锂层,构建了具有丰富的孔道和孔隙的储锂空间,促使锂在其孔道内沉积与生长,且又通过缓冲层,在储锂层与电池隔膜之间提供了额外的储锂空间,使得亲锂位点与电池的隔膜之间起到了缓冲作用,进一步提高了抑制锂枝晶生长的能力又进而阻止了锂枝晶与隔膜的接触,从而达到提升锂金属电池安全性的目的,所制备得到的电池,其在循环146h及以上的时候才有可能会出现短路现象,且其极化电压也可以降至0.38V及以下,当进一步调整储锂层和缓冲层的厚度时,可以使得电池循环360h都不会出现短路现象,且极化电压也降至0.32V及以下,大大提升了电池的安全性和使用寿命。
(2)本发明所提供的制备方法,成本更低,使用现有成熟涂布工艺即可完成,制备工艺简单,制备效率高、成本低,能够利用现有成熟电池产线的设备及工艺来实现,且本发明中通过亲锂性物质作为亲锂的成核位点,相比于煅烧法形成亲锂位点的方法,本发明中的方法使得亲锂位点种类的选择更为多样化,且不受煅烧条件、时间的影响,更为高效。
附图说明
图1为实施例1所提供的负极的结构示意图。
图2为实施例1所提供的电池的循环性能图。
图3为实施例1所提供的负极的SEM图。
图4为实施例1中所提供的负极中的Ag分散性的EDS能谱分析图。
图5为对比例1所提供的电池的循环性能图。
1-集流体,2-储锂层,3-缓冲层,21-第一电子导体骨架,22-亲锂位点,31-第二电子导体骨架。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种负极,如图1所示,所述负极包括依次层叠设置的集流体1、储锂层2和缓冲层3,所述集流体1为不锈钢材质,所述储锂层2的厚度为30μm,所述缓冲层3的厚度为3μm;所述储锂层包括第一电子导体骨架31和位于第一电子导体骨架空隙处的的亲锂位点22,所述亲锂位点为银粉,所述缓冲层包括第二电子导体骨架31。
所述负极的制备方法如下:
a制备具有储锂层的集流体:
将导电炭黑(Super P)和聚偏氟乙烯(PVDF)以8:2的质量比分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中,使用砂磨机将Super P的团聚颗粒打散,直到检测炭黑的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为12%的分散液,将纳米银粉与N-甲基吡咯烷酮加入分散液中,使用砂磨机将Ag粉分散,直到检测银粉的团聚粒径在200nm以下,得到Ag:Super P:PVDF的质量比为4:1:1的储锂层浆料,然后将储锂层浆料涂覆于不锈钢集流体表面,60℃下干燥5h,得到具有储锂层的集流体;
b将(导电炭黑)Super P和PVDF以8:2的质量比分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中,使用砂磨机将Super P的团聚颗粒打散,直到检测炭黑的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为12%的缓冲层浆料,然后将缓冲层浆料涂覆于储锂层表面,60℃下干燥5h,得到所述负极。
从图3可以看出,实施例1所制备的负极中含有非常丰富的孔道及孔隙。这些孔道、孔隙为锂沉积提供了充足的空间,进而能够将沉积后的锂储存在其中,防止因锂枝晶的生长而刺穿隔膜引发短路。
对实施例1所提供的负极中进行EDS表征来检测Ag的分散性,图4中的白色亮点为Ag元素,从图4中可以看出,白色亮点分布于图中各个角落,证明由Ag构建的亲锂位点分散良好,可以大量储存锂,促进了锂在其上能够均匀成核,从而防止锂枝晶的形成。
实施例2
本实施例提供一种负极,所述负极包括依次层叠设置的铜箔集流体、厚度为50μm的储锂层和厚度为1μm的缓冲层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的由氧化锌构建的亲锂位点,所述缓冲层包括第二电子导体骨架。
所述负极的制备方法如下:
a制备具有储锂层的集流体:
将碳纳米管和苯乙烯橡胶以90:5的质量比分散于甲苯溶液中,使用砂磨机将碳纳米管的团聚颗粒打散,直到检测碳纳米管的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为20%的分散液,将氧化锌与甲苯加入分散液中,使用砂磨机将氧化锌粉分散,直到检测氧化锌粉的团聚粒径在500nm以下,得到ZnO:CNT:SBS的质量比为90:5:5的储锂层浆料,然后将储锂层浆料涂覆于不锈钢集流体表面,真空条件下80℃下干燥5h,得到具有储锂层的集流体;
b将碳纳米管和苯乙烯橡胶以90:10的质量比分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中,使用砂磨机将碳纳米管的团聚颗粒打散,直到检测炭黑的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为20%的缓冲层浆料,然后将缓冲层浆料涂覆于储锂层表面,60℃下干燥5h,得到所述负极。
实施例3
本实施例提供一种负极,所述负极包括依次层叠设置的不锈钢材质的集流体、厚度为20μm的储锂层和厚度为5μm的缓冲层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的由氧化铜构建的亲锂位点,所述缓冲层包括第二电子导体骨架。
所述负极的制备方法如下:
a制备具有储锂层的集流体:
将科琴黑和丁苯橡胶以50:30的质量比分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中,使用砂磨机将科琴黑的团聚颗粒打散,直到检测科琴黑的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为10%的分散液,将纳米氧化铜与N-甲基吡咯烷酮加入分散液中,使用砂磨机将氧化铜分散,直到检测氧化铜的团聚粒径在500nm以下,得到CuO:KJB:SBR的质量比为50:30:20的储锂层浆料,然后将储锂层浆料涂覆于不锈钢集流体表面,60℃下干燥5h,得到具有储锂层的集流体;
b将科琴黑和丁苯橡胶以70:30的质量比分散于N-甲基吡咯烷酮溶液中,使用砂磨机将科琴黑的团聚颗粒打散,直到检测科琴黑的团聚粒径在100nm以下,得到固含量为10%的缓冲层浆料,然后将缓冲层浆料涂覆于储锂层表面,真空60℃下干燥5h,得到所述负极。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中,储锂层的厚度为80μm。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中,储锂层的厚度为10μm。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例6
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中,缓冲层的厚度为6μm。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例7
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中,缓冲层的厚度为0.5μm。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
实施例8
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中,亲锂性物质银粉的团聚粒径为1μm。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例提供一种负极,所述负极为厚度为50μm的锂片。
从图2可以看出,由实施例1所提供的负极制备得到的电池循环性能良好,无短路及过电位增大的现象,表明实施例1中的负极起到了很好抑制锂枝晶生长的目的,保护电池在循环中不被锂枝晶刺穿而发生短路。反观图5,由对比例1所提供的锂片制备得到的电池,其在循环40h后,出现了明显的短路现象,证明单纯的锂片难以抑制自身锂枝晶的出现。
对比例2
本实施例提供一种负极,所述负极包括依次层叠设置的不锈钢材质的集流体和厚度为30μm的储锂层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的由银粉构建的亲锂位点。
本对比例与实施例1的区别为,制备负极过程中,不进行步骤b。
对比例3
本实施例提供一种负极,所述负极包括依次层叠设置的不锈钢材质的集流体和厚度为3μm的缓冲层;所述缓冲层包括第二电子导体骨架。
本对比例与实施例1的区别为,制备负极过程中,不涂覆储锂层,直接在不锈钢集流体表面涂覆缓冲层。
其余制备方法与参数保持一致。
将实施例1-8与对比例2-3制备得到的负极作为工作电极,使用锂片作为对电极,在工作电极与对电极之间添加隔膜,并注入电解液后组装为扣式电池。在电流为3mAh的条件下,将对电极中的锂沉积至工作电极之中,沉积时间1.5h;沉积后将所组装扣式电池拆解,将沉积锂之后的负极取出。再将沉积锂之后的实施例1-8与对比例2-3的负极以及对比例1提供的锂片作为工作电极,将原实施例与对比例中对应的负极作为对电极,在工作电极与对电极之间添加隔膜,并注入电解液后组装为扣式电池。
测试:在电流为3mAh、沉积/剥离锂1h的条件下,对实施例1-8与对比例1-3组装得到的扣式电池进行电化学性能测试,其结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002990883520000121
Figure BDA0002990883520000131
从实施例1与实施例4和5的数据结果可知,储锂层的厚度过厚会导致脱锂、嵌锂的极化电压增加,进而在会在全电池中造成电池容量的损失,储锂层过薄会增大锂枝晶刺穿隔膜的风险,进而造成短路时间的降低。
从实施例1与实施例6和7的数据结果可知,缓冲层的厚度过厚会导致脱锂、嵌锂的极化电压增加,进而在会在全电池中造成电池容量的损失;缓冲层过薄会增大锂枝晶刺穿隔膜的风险,进而造成短路时间的降低。
从实施例1与实施例8的数据结果可知,亲锂位点处的亲锂性物质的团聚粒径过大,会造成脱锂、嵌锂的极化电压增加以及循环寿命的缩减。
从实施例1与对比例1的数据结果可知,使用普通锂片作为负极,电池在循环40h后就会出现短路现象,明显降低了电池的安全性。
从实施例1与对比例2的数据结果可知,负极中未加入缓冲层,电池在循环63h后即出现了短路现象,证明缓冲层的存在能够有效提升抑制锂枝晶生长的能力。
从实施例1与对比例3的数据结果可知,负极中没有储锂层,电池在循环46h后就会出现短路现象,明显降低了电池的安全性。
综上所述,本发明所提供的负极,不仅可以提供较多的储锂空间,还可以有效提升抑制锂枝晶生长的能力,从而达到提升锂金属电池安全性的目的,所制备得到的电池,其在循环146h及以上的时候才有可能会出现短路现象,且其极化电压也可以降至0.38V及以下,当进一步调整储锂层和缓冲层的厚度时,可以使得电池循环360h都不会出现短路现象,且极化电压也降至0.32V及以下,大大提升了电池的安全性和使用寿命。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (21)

1.一种负极,其特征在于,所述负极包括依次层叠设置的集流体、储锂层和缓冲层;所述储锂层包括第一电子导体骨架和位于第一电子导体骨架空隙处的亲锂位点,所述缓冲层包括第二电子导体骨架;所述第一电子导体骨架和第二电子导体骨架中各自独立地包括导电碳和粘结剂;所述缓冲层中不含有亲锂位点。
2.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述储锂层的厚度为20~50μm。
3.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述缓冲层的厚度为1~5μm。
4.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述集流体的材质包括铜、镍或不锈钢中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述第一电子导体骨架中的导电碳和第二电子导体骨架中的导电碳的团聚粒径均小于等于100nm。
6.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述导电碳包括导电炭黑、碳纳米管或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚四氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述亲锂位点的亲锂性物质包括ZnO、SnO2、Ag、CuO、MnO2、Co3O4或ZnS中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述缓冲层中,导电碳的质量占比为70~95%。
10.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述缓冲层中,粘结剂的质量占比为5~30%。
11.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述储锂层中,导电碳的质量占比为50~90%。
12.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述储锂层中,粘结剂的质量占比为5~30%。
13.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述储锂层中,亲锂性物质的质量占比为5~20%。
14.根据权利要求1所述的负极,其特征在于,所述亲锂位点中的亲锂性物质的团聚粒径小于等于500nm。
15.根据权利要求14所述的负极,其特征在于,所述亲锂位点中的亲锂性物质的团聚粒径小于等于200nm。
16.根据权利要求1-15任一项所述的负极的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
将储锂层浆料涂覆于集流体表面,一次干燥,得到具有储锂层的集流体,然后将缓冲层浆料涂覆于储锂层表面,二次干燥,得到所述负极;
其中,所述储锂层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂、溶剂和亲锂性物质进行混合,得到储锂层浆料;
所述缓冲层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂和溶剂进行混合,得到缓冲层浆料。
17.根据权利要求16所述的负极的制备方法,其特征在于,所述储锂层浆料的制备方法包括:
将导电碳、粘结剂加入溶剂中进行分散,得到分散溶液,然后将亲锂性物质和溶剂继续加入分散液中进行混合,得到所述储锂层浆料。
18.根据权利要求16所述的负极的制备方法,其特征在于,所述储锂层浆料中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或乙醇。
19.根据权利要求16所述的负极的制备方法,其特征在于,所述缓冲层浆料中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和/或乙醇。
20.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括如权利要求1-15任一项所述的负极。
21.根据权利要求20所述的锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池为液态锂离子电池。
CN202110313490.0A 2021-03-24 2021-03-24 一种负极及其制备方法和应用 Active CN112952031B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110313490.0A CN112952031B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种负极及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110313490.0A CN112952031B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种负极及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112952031A CN112952031A (zh) 2021-06-11
CN112952031B true CN112952031B (zh) 2022-03-29

Family

ID=76227721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110313490.0A Active CN112952031B (zh) 2021-03-24 2021-03-24 一种负极及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112952031B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113782749B (zh) * 2021-08-24 2023-05-23 蜂巢能源科技(无锡)有限公司 一种全固态电池用负极、其制备方法和全固态电池
CN113707849A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 泉州师范学院(石狮)生态智能织物工程技术研究院 基于天然纤维素织物的锂金属电极制作工艺
CN115842133A (zh) * 2021-12-30 2023-03-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体及其制备方法、具备其的负极极片、锂二次电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106310A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种复合锂金属负极的制备方法及含复合锂金属负极的电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102140122B1 (ko) * 2016-08-19 2020-07-31 주식회사 엘지화학 다중 보호층을 포함하는 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN107482224A (zh) * 2017-08-04 2017-12-15 珠海光宇电池有限公司 负极片及其制备方法和锂电池
CN108172761B (zh) * 2017-12-30 2021-05-28 中南大学 一种用于锂二次电池的复合负极、及其制备和应用
CN113471445B (zh) * 2019-03-25 2022-08-19 宁德新能源科技有限公司 负极极片与包含其的电化学装置及电子装置
CN112216818B (zh) * 2019-07-11 2022-02-08 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池负极及其制备方法、锂离子电池和电池模组
CN110571413B (zh) * 2019-07-31 2020-11-24 珠海冠宇电池股份有限公司 一种具有复合层结构的电极和锂电池
CN112151799B (zh) * 2020-09-16 2022-03-18 北京理工大学 一种三维多孔互联骨架锂金属电池负极材料及其制备方法
CN112271271B (zh) * 2020-10-15 2021-11-23 广州汽车集团股份有限公司 负极片及制备方法、锂离子电芯、锂离子电池包及其应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111106310A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种复合锂金属负极的制备方法及含复合锂金属负极的电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN112952031A (zh) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112952031B (zh) 一种负极及其制备方法和应用
JP5273931B2 (ja) 負極活物質及びその製造方法
JP4861120B2 (ja) 負極活物質、その製造方法、並びにそれを採用した負極及びリチウム電池
CN113036079B (zh) 一种固态电池用负极及其制备方法和应用
EP1903628A2 (en) A Negative Electrode Active Material for an Electricity Storage Device and Method for Manufacturing the Same
EP4199135A1 (en) Negative electrode plate and secondary battery
CN111816856B (zh) 复合材料及其制备方法和负极
WO2022100661A1 (zh) 一种负极片及其应用
US20100009260A1 (en) Anode Material for Lithium Secondary Batteries and Lithium Secondary Batteries
US20210328217A1 (en) Lithium battery and anode material thereof
JP2016219410A (ja) 二次電池用負極活物質、二次電池用負極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池
JP2003297353A (ja) 二次電池用負極およびそれを用いた二次電池ならびに二次電池用負極の製造方法
EP3675252A1 (en) Negative electrode active material for lithium secondary battery and method for preparing same
CN112038601A (zh) 负极活性材料、其制备方法和用途
CN115939300A (zh) 一种厚电极及其制备方法与应用
CN115036555A (zh) 二次电池和用电设备
CN113066988B (zh) 一种负极极片及其制备方法和用途
CN116097463A (zh) 负极和包含所述负极的二次电池
KR20180117583A (ko) 이차전지용 음극활물질, 이차전지용 도전성 조성물, 이를 포함하는 음극재료, 이를 포함하는 음극구조체 및 이차전지, 및 이들의 제조방법
CN113809285A (zh) 硅基复合负极材料及其制备方法、全固态锂电池
CN112086680B (zh) 一种全固态电解质层及其制备方法和用途
CN114899348B (zh) 一种具有锂枝晶抑制作用的活化负极
CN114976012B (zh) 一种纳米硅氮包覆碳复合材料在负极中的应用
CN115020638B (zh) 一种锂离子电池
CN1956245A (zh) 负极活性材料与采用这种材料的锂离子电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant