CN118039805A - 一种复合锂负极、电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开复合锂负极、电池，属于电池技术领域，复合锂负极包括：集流体；复合锂层设于集流体的至少一侧；复合锂层包括第一碳材料、金属锂、微米填充材料和第一粘结剂；微米填充材料选自微米硅、微米锡中至少一种；导电层设于复合锂层远离集流体的一侧，包括合金材料、第二碳材料和第二粘结剂；第一保护层设于导电层远离复合锂层的一侧，包括聚合物电解质和锂盐。第一碳材料和微米填充材料为骨架避免金属锂脱嵌不均匀；导电层诱导金属锂均匀沉积，避免锂枝晶形成、缓解体积膨胀；第一保护层缓解复合锂负极的体积效应，降低金属锂与电解液的持续副反应，隔绝电解质与电解液，避免电解质吸收电解液溶解失去保护效果，提高锂电池稳定性和安全性。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种复合锂负极、电池。
背景技术
锂电池由于具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优势而成为消费类电子电池与新能源汽车动力电池的首选，但现有锂电池使用的石墨或者掺硅负极的比容量低，限制了锂电池能量密度的进一步提升。
金属锂具有3860mAh/g的比容量，使用金属锂作为负极可以使锂电池的能量密度得到大幅提升，但是金属锂负极存在枝晶问题、与电解液的副反应问题及体积膨胀效应，影响锂电池的稳定性和安全性。
发明内容
本申请的实施例提供一种复合锂负极，以解决现有技术中金属锂负极存在枝晶问题、与电解液的副反应问题及体积膨胀效应，影响锂电池的稳定性和安全性的技术问题；本申请的实施例还提供一种电池。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：
第一方面，提供了一种复合锂负极，包括：
集流体；
复合锂层，设于所述集流体的至少一侧；所述复合锂层包括第一碳材料、金属锂、微米填充材料和第一粘结剂；所述微米填充材料选自微米硅、微米锡中的至少一种；
导电层，设于所述复合锂层远离所述集流体的一侧；所述导电层包括合金材料、第二碳材料和第二粘结剂；
第一保护层，设于所述导电层远离所述复合锂层的一侧；所述第一保护层包括聚合物电解质和锂盐。
在一些实施例中，在所述复合锂层中，所述第一碳材料的质量占比为10-20%，所述金属锂的质量占比为50-79%，所述微米填充材料的质量占比为10-30%，所述第一粘结剂的质量占比为0.2-1%。
在一些实施例中，所述第一碳材料选自天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳中的至少一种；和/或，
所述第一粘结剂的材料选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯中的至少一种。
在一些实施例中，所述第一碳材料的平均粒径为2-15μm；和/或，
所述金属锂的纯度为99.9%；和/或，
所述微米填充材料的平均粒径为1-6μm。
在一些实施例中，所述合金材料的含量为10~50%，所述第二碳材料的含量为49~89%，所述第二粘结剂的含量为1~2%。
在一些实施例中，所述合金材料选自铝、硼、硅、锡、锑、铟、镁、银、金中的至少两者的组合；和/或，
所述第二碳材料选自炭黑、科琴黑、石墨烯、导电碳管中的至少一种；和/或，
所述第二粘结剂的材料选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
在一些实施例中，所述导电层的厚度为2~5μm；和/或，
所述合金材料的平均粒径为5~50nm。
在一些实施例中，所述第一保护层中，所述聚合物电解质选自聚醚类、聚碳酸酯、聚羧酸酯、聚磷酸酯、聚硅氧烷中的至少一种；和/或，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双（氟磺酰基）亚胺锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种；
所述复合锂负极还包括：第二保护层，设于所述第一保护层远离所述导电层的一侧；所述第二保护层的材质选自氟化锂、氮化锂、锂磷氧氮、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧、锂镧钛氧中的至少一种；
所述集流体选自铜箔、钢箔、镍箔中的至少一种。
在一些实施例中，所述第一保护层的厚度为2~5μm；和/或，
所述聚合物电解质的分子量为50~100万；和/或，
所述锂盐在所述第一保护层中的质量百分含量为10~50%；和/或，
所述第二保护层的厚度为20~500nm；和/或，
所述集流体的厚度为3~8μm。
第二方面，提供了一种电池，包括：
正极极片、第一方面中任意一项所述的复合锂负极，以及位于所述正极极片与所述复合锂负极之间的隔膜。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本申请提供的复合锂负极，包括：集流体；复合锂层，设于集流体的至少一侧；复合锂层包括第一碳材料、金属锂、微米填充材料和第一粘结剂；微米填充材料选自微米硅、微米锡中的至少一种；导电层，设于复合锂层远离集流体的一侧；导电层包括合金材料、第二碳材料和第二粘结剂；第一保护层，设于导电层远离复合锂层的一侧；第一保护层包括聚合物电解质和锂盐。如此，本申请利用第一碳材料和微米填充材料为骨架，避免金属锂脱嵌不均匀；同时，通过导电层诱导金属锂均匀沉积，避免锂枝晶形成、缓解体积膨胀；此外，通过第一保护层缓解复合锂负极的体积效应，降低金属锂与电解液的持续副反应，并隔绝电解质与电解液，避免电解质吸收电解液甚至溶解失去保护效果，从而提高锂电池的稳定性和安全性。
本申请提供的电池具有上述复合锂负极的所有技术特征和有益效果，在此不再赘述。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的复合锂负极的结构示意图。
附图标记：1-集流体；2-金属锂；3-复合材料；4-导电层；5-第一保护层；6-第二保护层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，图1示意了本申请实施例提供的复合锂负极的结构示意图。本申请第一实施例提供了一种复合锂负极，包括集流体1；复合锂层，设于集流体1的至少一侧；复合锂层包括第一碳材料、金属锂2、微米填充材料和第一粘结剂；导电层4，设于复合锂层远离集流体1的一侧；第一保护层5，设于导电层4远离复合锂层的一侧。其中，第一碳材料和微米填充材料形成复合材料3。如此，本申请利用第一碳材料和微米填充材料为骨架，避免金属锂2脱嵌不均匀；同时，通过导电层4诱导金属锂2均匀沉积，避免锂枝晶形成、缓解体积膨胀；此外，通过第一保护层5缓解复合锂负极的体积效应，降低金属锂2与电解液的持续副反应，并隔绝电解质与电解液，避免电解质吸收电解液甚至溶解失去保护效果，从而提高锂电池的稳定性和安全性。
在一些实施例中，在复合锂层中，第一碳材料的质量占比为10-20%，金属锂2的质量占比为50-79%，微米填充材料的质量占比为10-30%，第一粘结剂的质量占比为0.2-1%。
在一些实施例中，第一碳材料选自天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳中的至少一种。其中，天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，微米填充材料选自微米硅、微米锡中的至少一种。其中，微米硅、微米锡等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，第一粘结剂的材料选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯中的至少一种。其中，羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，在一些实施例中，第一碳材料的平均粒径为2-15μm。例如，第一碳材料的平均粒径可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，金属锂2的纯度为99.9%。
在一些实施例中，微米填充材料的平均粒径为1-6μm。例如，微米填充材料的平均粒径可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，导电层4包括合金材料、第二碳材料和第二粘结剂；
其中，合金材料的含量为10~50%，第二碳材料的含量为49~89%，第二粘结剂的含量为1~2%。
在一些实施例中，合金材料选自铝、硼、硅、锡、锑、铟、镁、银、金中的至少两者的组合。其中，铝、硼、硅、锡、锑、铟、镁、银、金等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，第二碳材料选自炭黑、科琴黑、石墨烯、导电碳管中的至少一种。其中，炭黑、科琴黑、石墨烯、导电碳管等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，第二粘结剂的材料选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。其中，聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，导电层4的厚度为2~5μm。例如，导电层4的厚度可以为2μm、3μm、4μm、5μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，合金材料的平均粒径为5~50nm；例如，合金材料的平均粒径可以为5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，第一保护层5，设于导电层4远离复合锂层的一侧；第一保护层5包括聚合物电解质和锂盐。具体来说，本申请通过柔性聚合物电解质保护复合锂负极，缓解复合锂负极的体积效应，降低金属锂2与电解液的持续副反应。
在一些实施例中，聚合物电解质选自聚醚类、聚碳酸酯、聚羧酸酯、聚磷酸酯、聚硅氧烷中的至少一种。其中，聚醚类、聚碳酸酯、聚羧酸酯、聚磷酸酯、聚硅氧烷等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双（氟磺酰基）亚胺锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种；其中，六氟磷酸锂、高氯酸锂、双（氟磺酰基）亚胺锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，复合锂负极还包括第二保护层6，设于第一保护层5远离导电层4的一侧；第二保护层6的材质选自氟化锂、氮化锂、锂磷氧氮、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧、锂镧钛氧中的至少一种。具体来说，本申请的第二保护层6为无机固态电解质保护层，可以隔绝电解质与电解液，避免电解质吸收电解液甚至溶解失去保护效果，从而提高锂电池的稳定性和安全性。其中，氟化锂、氮化锂、锂磷氧氮、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧、锂镧钛氧等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，集流体1选自铜箔、钢箔、镍箔中的至少一种。其中，铜箔、钢箔、镍箔等均可通过商业渠道购买获得，在此不再进行详细描述。
在一些实施例中，第一保护层5的厚度为2~5μm。例如，第一保护层5的厚度为2μm、3μm、4μm、5μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，聚合物电解质的分子量为50~100万。例如，聚合物电解质的分子量可以为50万、60万、70万、80万、90万、100万中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，锂盐在第一保护层5中的质量百分含量为10~50%。
在一些实施例中，第二保护层6的厚度为20~500nm。例如，第二保护层6的厚度可以为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm中的任意一值或任意两值之间的范围。
在一些实施例中，集流体1的厚度为3~8μm。例如，集流体1的厚度可以为3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm中的任意一值或任意两值之间的范围。
相应的，本申请第二实施例提供一种电池，包括：
正极极片、第一实施例中任意一项的复合锂负极，以及位于正极极片与复合锂负极之间的隔膜。
其中，本申请提供的复合锂负极通过以下方法制备：
S1、在集流体1的至少一侧的表面涂覆复合锂层并烘干；具体来说，复合锂层的制备方法为先将第一碳材料、微米填充材料、第一粘结剂在水溶液中分散均匀涂覆到集流体1表面烘干，再将熔融的金属锂2灌注到上述多孔电极的内部形成复合锂层。
S2、在复合锂层远离集流体1的一侧涂覆导电层4；
S3、在导电层4远离复合锂层的一侧涂覆第一保护层5和第二保护层6。其中，第一保护层5的制备方法为涂布，第二保护层6的制备方法为真空镀膜。
下面结合具体实施例对本申请提供的电池做出如下说明：
实施例1
本实施例提供一种复合锂负极，通过如下步骤制备：
S1、以4.5微米的铜箔为集流体，将人造石墨：微米硅：聚丙烯酸粘结剂=40：58：2在水溶液中分散均匀涂覆到集流体表面，烘干处理后在内部灌注熔融金属锂，形成50微米碳硅复合锂层。
S2、在微米碳硅复合锂层远离集流体的一侧涂覆银（Ag）与炭黑（SP）的复合物质，辊压后形成5微米涂层，即导电层。
S3、在导电层远离复合锂层的一侧制备一层厚度2微米的第一保护层，第一保护层中固态聚合物为80万分子量的含40%LiFSI锂盐的聚环氧乙烷（PEO）；最后利用磁控溅射方法在第一保护层原理导电层的一侧表面沉积一层20nm厚的锂磷氧氮（LiPON）无机固态电解质保护层，即第二保护层。
S4、制备电池，其中：
正极制备；将NCM811：SP；CNT；PVDF=95：2：1：2在NMP溶剂中混合均匀后制备浆料烘干辊压后形成正极极片；
隔膜：隔膜选取9微米PE基膜加2微米勃姆石涂层；
电解液：1MLiFSI溶解在DME:TTE=4：6溶剂；
电池组装：将S1~S3中制备的复合锂负极与以上正极、隔膜、电解液制备1Ah软包电池进行性能测试。
实施例2
实施例2的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
实施例3
实施例3的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，第一保护层锂盐为双三氟甲基磺酸亚酰胺锂（LiTFSI）、聚合物电解质为聚碳酸丙烯酯（PPC），具体请参见表1。
实施例4
实施例4的制备同实施例1相比，不同之处在于原料比例不同，第一保护层锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）、聚合物电解质为聚碳酸乙烯酯（PVC），具体请参见表1。
实施例5
实施例5的制备同实施例1相比，不同之处在于原料比例不同，具体请参见表1。
实施例6
实施例6的制备同实施例1相比，不同之处在于第二保护层的厚度，具体请参见表1。
实施例7
实施例7的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
实施例8
实施例8的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
实施例9
实施例9的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
实施例10
实施例10的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
对比例1
对比例1的制备同实施例1相比，不同之处在于以两面各含有20微米厚的金属锂的锂铜复合带为负极。
对比例2
对比例2的制备同实施例1相比，无导电层，具体请参见表1。
对比例3
对比例3的制备同实施例1相比，无第一保护层，具体请参见表1。
对比例4
对比例4的制备同实施例1相比，无第二保护层，具体请参见表1。
对比例5
对比例5的制备同实施例1相比，不同之处在于制备原料不同，具体请参见表1。
实施例1~10和对比例1~5的相关原料和工艺参数如表1所示。
实施例1~10和对比例1~5制备的电池性能如表2所示，其中，首效的测试方法为：0.33C放电容量除0.1C首次充电容量；1C容量保持率：0.33C充电，分别用1C与0.33C放电，1C放电容量除0.33C放电容量；室温循环寿命的测试方法为：0.33C充放循环，直到容量保持率达到80%的循环次数；体积形变的测试方法为：0.33C满电态厚度较电芯原始厚度增加百分比。
表1
表2
由表2可知，本申请制备的多层结构复合锂负极具有更高的首效、库伦效率和更好的循环性能。
以上对本申请实施例所提供的一种复合锂负极、电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；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申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种复合锂负极，其特征在于，包括：
集流体；
复合锂层，设于所述集流体的至少一侧；所述复合锂层包括第一碳材料、金属锂、微米填充材料和第一粘结剂；所述微米填充材料选自微米硅、微米锡中的至少一种；
导电层，设于所述复合锂层远离所述集流体的一侧；所述导电层包括合金材料、第二碳材料和第二粘结剂；第一保护层，设于所述导电层远离所述复合锂层的一侧；所述第一保护层包括聚合物电解质和锂盐。
2.如权利要求1所述的复合锂负极，其特征在于，在所述复合锂层中，所述第一碳材料的质量占比为10-20%，所述金属锂的质量占比为50-79%，所述微米填充材料的质量占比为10-30%，所述第一粘结剂的质量占比为0.2-1%。
3.如权利要求2所述的复合锂负极，其特征在于，所述第一碳材料选自天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳中的至少一种；和/或，
所述第一粘结剂的材料选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯中的至少一种。
4.如权利要求3所述的复合锂负极，其特征在于，所述第一碳材料的平均粒径为2-15μm；和/或，
所述金属锂的纯度为99.9%；和/或，
所述微米填充材料的平均粒径为1-6μm。
5.如权利要求1所述的复合锂负极，其特征在于，所述合金材料的含量为10~50%，所述第二碳材料的含量为49~89%，所述第二粘结剂的含量为1~2%。
6.如权利要求5所述的复合锂负极，其特征在于，所述合金材料选自铝、硼、硅、锡、锑、铟、镁、银、金中的至少两者的组合；和/或，
所述第二碳材料选自炭黑、科琴黑、石墨烯、导电碳管中的至少一种；和/或，
所述第二粘结剂的材料选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
7.如权利要求6所述的复合锂负极，其特征在于，所述导电层的厚度为2~5μm；和/或，
所述合金材料的平均粒径为5~50nm。
8.如权利要求1所述的复合锂负极，其特征在于，
所述第一保护层中，所述聚合物电解质选自聚醚类、聚碳酸酯、聚羧酸酯、聚磷酸酯、聚硅氧烷中的至少一种；和/或，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、双（氟磺酰基）亚胺锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种；
所述复合锂负极还包括：第二保护层，设于所述第一保护层远离所述导电层的一侧；所述第二保护层的材质选自氟化锂、氮化锂、锂磷氧氮、磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、锂镧锆氧、锂镧钛氧中的至少一种；
所述集流体选自铜箔、钢箔、镍箔中的至少一种。
9.如权利要求8所述的复合锂负极，其特征在于，所述第一保护层的厚度为2~5μm；和/或，
所述聚合物电解质的分子量为50~100万；和/或，
所述锂盐在所述第一保护层中的质量百分含量为10~50%；和/或，
所述第二保护层的厚度为20~500nm；和/或，
所述集流体的厚度为3~8μm。
10.一种电池，其特征在于，包括：
正极极片、权利要求1至9中任意一项所述的复合锂负极，以及位于所述正极极片与所述复合锂负极之间的隔膜。
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|---|---|---|---|
| CN202410437295.2A CN118039805A (zh) | 2024-04-12 | 2024-04-12 | 一种复合锂负极、电池 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115863537A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-28 | 北京胜能能源科技有限公司 | 复合负极片及其制备方法、锂离子电池及其制备方法 |
| CN117637988A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-03-01 | 无锡盘古新能源有限责任公司 | 高能量密度电池的负极极片及制备方法、电池和用电装置 |
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2024
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|---|---|---|---|---|
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| CN117637988A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-03-01 | 无锡盘古新能源有限责任公司 | 高能量密度电池的负极极片及制备方法、电池和用电装置 |
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