发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池及其负极片、负极片的制备方法,使得电池的体积能量密度和质量能量密度得到提升,且电池的循环使用寿命更长。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种锂电池的负极片,包括:
负极功能层,包括:开设有若干个孔隙的负极集流体、亲锂层和憎锂层,所述负极集流体具有相对设置的第一镀层面和第二镀层面,且所述孔隙沿所述第一镀层面至所述第二镀层面的方向贯穿所述负极集流体;所述第一镀层面上设有所述亲锂层,所述第二镀层面上设有所述憎锂层以及,
电解质层,涂覆在所述负极功能层的表面,且至少部分所述电解质层位于所述孔隙中。
在一实施例中,所述孔隙的直径范围为0.8mm至1.2mm。
在一实施例中,相邻的两个孔隙的间隔距离范围为0.8mm至1.2mm。
在一实施例中,所述亲锂层的厚度范围为20nm至30nm;所述憎锂层的厚度范围为5nm至10nm。
在一实施例中,所述亲锂层包括Ge、Al、Au、Mg、Sn、Ag金属的单质中的一种;或乙炔黑颗粒、LiF、Li2O、ZnO中的至少一种;
所述憎锂层包括CuO,Fe3O4,Fe2O3,MnO,MnO2,TiO2中的至少一种。
在一实施例中,所述电解质层为固态。
在一实施例中,所述负极片的厚度为48μm至54μm。
本发明的实施方式提供了还一种负极片的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
获取负极集流体;
对所述负极集流体打孔;
将亲锂层设置在所述负极集流体的第一镀层面上,将憎锂层设置在所述负极集流体的第二镀层面上,形成负极功能层;
将电解质层涂覆在所述负极功能层的表面;
对涂覆有所述电解质层的负极功能层进行辊压。
本发明的实施方式提供了再一种锂电池,其特征在于,包括:
正极片,包括:正极集流体、涂覆在所述正极集流体的表面的正极活性物质层;
至少一个如上任意一项所述的锂电池的负极片,叠加在所述正极片上,且所述憎锂层朝向所述正极片,所述亲锂层背离所述正极片。
在一实施例中,所述负极片具有一对,所述正极片夹持在所述负极片之间。
本发明实施方式相对于现有技术而言,通过设置亲锂层和憎锂层,在电池中憎锂层朝向正极片,亲锂层背离正极片,锂金属在通过孔隙中的电解质至亲锂层所在侧进行沉积,从而避免了因为锂金属剥离沉积而造成的脱离物理接触。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施例中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
在下文的描述中,出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是,相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下,与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
除非语境有其它需要,在整个说明书和权利要求中,词语“包括”和其变型,诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义,即应解释为“包括,但不限于”。
以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明,以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是,附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制,而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外,特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物,除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用,除非文中清楚地另外规定。
在以下描述中,为了清楚展示本发明的结构及工作方式,将借助诸多方向性词语进行描述,但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语,而不应当理解为限定性词语。
下文参照附图描述本发明的实施例。
本发明的第一实施例涉及一种锂电池的负极片。如图1和图2所示,锂电池的负极片包括:负极功能层1和电解质层2。负极功能层1包括:开设有若干个孔隙10的负极集流体11、亲锂层12和憎锂层13,负极集流体11具有相对设置的第一镀层面和第二镀层面,且孔隙10沿第一镀层面至第二镀层面的方向贯穿负极集流体11。亲锂层12设置在第一镀层面上,憎锂层13设置在第二镀层面上。电解质层2涂覆在负极功能层1的表面,且至少部分电解质层2位于孔隙10中。
如图3所示,通过设置亲锂层12和憎锂层13,在电池中憎锂层13朝向正极片3,亲锂层12背离正极片3,锂金属在通过孔隙10中的电解质至亲锂层12所在侧进行沉积,从而避免了因为锂金属剥离沉积而造成的脱离物理接触。
进一步的,孔隙10的直径范围为0.8mm至1.2mm,孔隙10的直径即孔隙上最远的两个点之间的距离。优选的,孔隙10的直径为1mm。
进一步的,相邻的两个孔隙10的的中心点之间的距离范围为0.8mm至1.2mm。优选的,相邻的两个孔隙10的中心点之间的间隔距离为1mm。
另外,亲锂层12的厚度范围为20nm至30nm,憎锂层13的厚度范围为5nm至10nm。优选的,亲锂层12的厚度为25nm,憎锂层13的厚度为7nm。
具体的说,亲锂层12为Ge、Al、Au、Mg、Sn、Ag金属的单质中的一种。亲锂层12也可以是乙炔黑颗粒、LiF、Li2O、ZnO中的一种,这些材料体与锂金属接触角较大。
另外,憎锂层13为CuO,Fe3O4,Fe2O3,MnO,MnO2,TiO2中的一种。
更值得一提的是,电解质层2为固态。电解质层2可为硫化物电解质材料,可以是二元硫化物玻璃陶瓷(100-x)Li2S-xP2S5(摩尔分数)为主体类,包括Li8P2S9晶相,β-Li3PS4晶相,Li7P3S11晶相,Li7P2S8I晶相,典型组分如:80Li2S-20P2S5、75Li2S-25P2S5及相关相、70Li2S-30P2S5及相关相、Li7P2S8I、Li7P2S8Br0.5I0.5;三元硫化物陶瓷Li2S-MS2-P2S5(M=Si,Ge,Sn)或者Li2S-MSx-LiX(M=P,Si,Ge),单斜结构thio-LISICON、四方结构thio-LISICON,典型组分如Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li10GeP2S12、Li11Si2PS12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3,硫银锗矿结构Li-Argyrodite,典型组分包括:Li6PS5Cl、Li5.5PS4.5Cl1.5、Li6.6P0.4Ge0.6S5I,以及其他的Li2S-SiS2类,Li2S-GeS2类,Li2S-GeS2-P2S5类,Li2S-SnS2-P2S5,Li2S-Al2S3-P2S5类硫化物电解质或者以上对以上体系进行掺杂改性的硫化物电解质体系,或包含以上任意一种硫化物电解质及其组合。电解质层2也可为氧化物电解质材料,可是锂石榴石氧化物固态电解质,锂石榴石氧化物固态电解质前驱体包括Li5La3Nb2O12、Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li6La2SrNb2O12、Li6La2BaNb2O12、Li6La2SrTa2O12、Li6La2BaTa2O12、Li6La2BaNb2O12、Li7Y3Zr2O12、Li6.4Y3Zr1.4Ta0.6O12、Li6.5La2.5Ba0.5TaZrO12、Li6.75La2.7 5Ca0.25Zr1.5Nb0.5O12、Li6.75BaLa2Nb1.75Zn0.25O12、Li6.75BaLa2Ta1.75Zn0.25O12、Na3Zr2Si2PO12、MgZr4P6O24或其含掺杂元素的化合物。在其他实施例中,电解质层2还可为聚合物电解质材料,根据本发明的实施例,离子导电聚合物包括聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚碳酸亚乙烯酯和聚丙烯酸中的至少一种。
进一步的,负极片的厚度为48μm至54μm。优选的,负极片的厚度为52μm。
本发明的第二实施例涉及一种负极片的制备方法,如图4所示,具体包括如下步骤:
步骤110,获取负极集流体11。
步骤120,对负极集流体11打孔。具体的说,负极集流体11可为铜箔,制备之后将铜箔进行打磨抛光处理,保证铜箔打孔后没有毛刺和金属碎屑。可理解的,负极集流体11也可为除铜箔之外的其他材料。
步骤130,将亲锂层12设置在负极集流体11的第一镀层面上,将憎锂层13设置在负极集流体11的第二镀层面上,形成负极功能层1。具体的说,以亲锂层12的材料为金为例,可将亲锂层12通过蒸镀或电镀的处理方法设置在第一镀层面上。憎锂层13也可以蒸镀或电镀的处理方法设置在第二镀层面上。
步骤140,将电解质层2涂覆在负极功能层1的表面。以电解质层2为硫化物电解质为例,首先使用苯甲醚将HNBR(氢化丁腈橡胶)溶解,再添加硫化物电解质LPSCl,固含量在50%左右,混合均匀后双面涂布在负极集流体11表面,涂布厚度在50μm左右,涂布后80℃真空干燥24小时。
步骤150,对涂覆有电解质层2的负极功能层1进行辊压,辊压后厚度约52μm,即负极片的厚度为52μm。
进一步的,在制备包含上述负极片的电时,可将正极片3夹持在两个负极片之间,再进行极耳焊接,用铝塑膜密封,并通过不锈钢板夹好,使用真空密封机进行密封。将密封好的铝塑膜拿出手套箱进行温等静压处理,温等静压压力250Mpa,时间10min,温度80℃,完成后从温等静压机中取出备用,完成电池制备。
上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包括相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
由于第一实施例与本实施例相互对应,因此本实施例可与第一实施例互相配合实施。第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效,在第一实施例中所能达到的技术效果在本实施例中也同样可以实现,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例中。
本发明的第三实施例涉及一种锂电池。如图3所示,锂电池包括:正极片3和两个如第一实施例中的负极片,正极片3夹持在负极片之间。具体的说,负极片叠加在正极片3上,且憎锂层13朝向正极片3,亲锂层12背离正极片3。正极片3包括:正极集流体31、涂覆在正极集流体31的表面的正极活性物质层32,正极活性物质层32为磷酸铁锂,正极集流体31可为铜箔或铝箔等物质。憎锂层13朝向正极片3,亲锂层12背离正极片3,锂金属在通过孔隙10中的电解质至亲锂层12所在侧进行沉积,从而避免了因为锂金属剥离沉积而造成的脱离物理接触。
可理解的,在其他实施例中,负极片也可只设有一个叠加在正极片3上。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例,但应理解到,若需要,能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。
考虑到上文的详细描述,能对实施例做出这些和其它变化。一般而言,在权利要求中,所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例,而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。