CN215184064U

CN215184064U - 一种锂金属电池负极片及锂金属电池

Info

Publication number: CN215184064U
Application number: CN202023182153.2U
Authority: CN
Inventors: 徐雄文
Original assignee: Hunan Lifang New Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Lifang New Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2030-12-25

Abstract

本实用新型属于锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池负极片，包括：锂金属层；钛酸锂层，设置于所述锂金属层的至少一表面。本实用新型提供了一种锂金属电池负极片，在锂金属层的表面设置一层钛酸锂层，由于钛酸锂的嵌锂电位在1.5V左右，比锂金属的0V高。因此，锂金属电池在充电的时候会优先在钛酸锂层嵌锂，嵌锂后会提高负极的温度，因此，有利于提升锂金属电池的低温充电性能。另外，由于锂金属层表面有一层高嵌锂电位的钛酸锂层，当锂在锂金属表面长出锂枝晶时，锂枝晶中的锂可以被钛酸锂消耗掉，可以抑制锂枝晶的生长。从而提高锂金属电池的安全性能和循环性能。

Description

一种锂金属电池负极片及锂金属电池

技术领域

本实用新型属于锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池负极片及锂金属电池。

背景技术

锂离子电池由于其工作电压高、自放电小、无记忆效应、对环境友好等特点而广泛应用于各种电子设备和电动储能设备中。尤其是在手机中的应用，由于手机越来越轻薄化，对电池的能量密度要求越来越高。为了提升锂离子电池的能量密度，关键是寻找高容量的正负极活性材料。

金属锂负极理论比容量为3860mAh/g，电压平台为-3.04V(vs标准氢电极)，并具有极好的导电性，非常适合作为高能量密度电池的负极。困扰金属锂负极的主要问题主要是锂枝晶的问题，在循环过程中，由于局部极化的因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，引发安全问题。同时，枝晶生长也会导致锂与电解液反应变多，导致电解液消耗，影响电池循环寿命。

鉴于此，确有必要提供一种技术方案以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂金属电池负极片，能够抑制锂枝晶的生长，提升锂金属电池的低温充电性能、安全性能和循环性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种锂金属电池负极片，包括：

锂金属层；

钛酸锂层，设置于所述锂金属层的至少一表面。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述钛酸锂层设置于所述锂金属层的两表面。其中，钛酸锂层由钛酸锂浆料涂覆在锂金属层的表面干燥后制得，钛酸锂浆料为油性浆料，钛酸锂浆料包括钛酸锂颗粒、导电剂和粘结剂，质量百分比为钛酸锂：导电剂：粘结剂＝80～98:1～10:1～10，导电剂为锂电池常用导电剂，如导电炭黑SP、碳黑、科琴黑、石墨烯、碳纳米管CNT或其混合物。粘结剂为油性聚偏氟乙烯PVDF。或者，将粘结剂和钛酸锂颗粒喷涂在锂金属层的表面，辊压后制得锂金属电池负极片。或者，在基膜上制备钛酸锂层，干燥后将钛酸锂层复合在锂金属层的表面，去除基膜后再辊压，制得锂金属电池负极片。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述钛酸锂层包括纳米钛酸锂颗粒，所述纳米钛酸锂颗粒的粒径为50～500nm。其中，纳米级钛酸锂相对于微米级钛酸锂，更加有利于控制浆料的粘度，有利于钛酸锂浆料的分散，不会出现团聚等现象。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述锂金属层包括金属锂或锂合金。其中，锂合金包括锂镁合金或铝锂合金。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述锂金属层的厚度为1～100μm，所述钛酸锂层的厚度为1～10μm。锂金属层的厚度根据电芯的厚度设计，为最大程度发挥钛酸锂层的作用，锂金属层和钛酸锂层的厚度为(1～5)：(5～10)。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述锂金属层的厚度为10～50μm，所述钛酸锂层的厚度为2～8μm。

作为本实用新型所述的锂金属电池负极片的一种改进，所述锂金属层包括锂带或锂片。锂金属层的形状根据锂电池设计，如设计成笔记本电池可使用锂片，设计成蓝牙耳机电池可使用锂带。

本实用新型的目的之二在于，提供一种锂金属电池，包括正极片、负极片以及设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述负极片为说明书前文任一项所述的锂金属电池负极片。由于锂金属对水分特别敏感，将钛酸锂层和锂金属层复合时，必须在露点<-35℃的环境下操作。

作为本实用新型所述的锂金属电池的一种改进，所述正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴铝酸锂。

作为本实用新型所述的锂金属电池的一种改进，所述隔膜包括聚合物基材层和设置于所述聚合物基材层至少一表面的钛酸锂层，所述聚合物基材层包括聚丙烯-聚乙烯复合层、聚丙烯层或聚乙烯层。钛酸锂涂层设置在隔膜的表面，能够抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的安全性能。

相比于现有技术，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供了一种锂金属电池负极片，包括：锂金属层；钛酸锂层，设置于所述锂金属层的至少一表面。本实用新型提供了一种锂金属电池负极片，在锂金属层的表面设置一层钛酸锂层，由于钛酸锂的嵌锂电位在1.5V左右，比锂金属的0V高。因此，锂金属电池在充电的时候会优先在钛酸锂层嵌锂，嵌锂后会提高负极的温度，因此，有利于提升锂金属电池的低温充电性能。另外，由于锂金属层表面有一层高嵌锂电位的钛酸锂层，当锂在锂金属表面长出锂枝晶时，锂枝晶中的锂可以被钛酸锂消耗掉，可以抑制锂枝晶的生长。从而提高锂金属电池的安全性能和循环性能。

附图说明

图1是实施例1中锂金属电池负极片的截面图。

图2是实施例2中锂金属电池中隔膜的截面图。

图3是实施例2中锂金属电池的截面图。

其中：1-负极片，11-锂金属层，12-钛酸锂层，2-正极片，21-正极集流体，22-正极活性物质层，3-隔膜，31-聚合物基材层。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种锂金属电池负极片1，包括：

锂金属层11；

钛酸锂层12，设置于锂金属层11的至少一表面。

本实用新型提供了一种锂金属电池负极片1，在锂金属层11的表面设置一层钛酸锂层12，由于钛酸锂的嵌锂电位在1.5V左右，比锂金属的0V高。因此，锂金属电池在充电的时候会优先在钛酸锂层12嵌锂，嵌锂后会提高负极的温度，因此，有利于提升锂金属电池的低温充电性能。另外，由于锂金属层11表面有一层高嵌锂电位的钛酸锂层12，当锂在锂金属表面长出锂枝晶时，锂枝晶中的锂可以被钛酸锂消耗掉，可以抑制锂枝晶的生长。从而提高锂金属电池的安全性能和循环性能。

进一步的，钛酸锂层12设置于锂金属层11的两表面。其中，钛酸锂层12由钛酸锂浆料涂覆在锂金属层11的表面干燥后制得，钛酸锂浆料为油性浆料，钛酸锂浆料包括钛酸锂颗粒、导电剂和粘结剂，质量百分比为钛酸锂：导电剂：粘结剂＝93:3:4，导电剂为导电炭黑SP和碳纳米管CNT，粘结剂为油性聚偏氟乙烯PVDF。

进一步的，钛酸锂层12包括纳米钛酸锂颗粒，纳米钛酸锂颗粒的中值粒径为300nm。其中，纳米级钛酸锂相对于微米级钛酸锂，更加有利于控制浆料的粘度，有利于钛酸锂浆料的分散，不会出现团聚等现象。

进一步的，锂金属层11包括锂合金。其中，锂合金包括锂镁合金。锂镁合金的刚性较强，而且具有良好的导热性、导电性和延展性。

进一步的，锂金属层11的厚度为50μm，钛酸锂层12的厚度为5μm。

进一步的，锂金属层11为锂片。

实施例2

如图2～3所示，本实施例提供一种锂金属电池，包括正极片2、负极片1以及设置于正极片2和负极片1之间的隔膜3，负极片1为实施例1中的锂金属电池负极片1。由于锂金属对水分特别敏感，将钛酸锂层12和锂金属层11复合时，必须在露点<-35℃的环境下操作。

进一步的，正极片2包括正极集流体21以及设置于正极集流体21至少一表面的正极活性物质层22，正极活性物质层22包括正极活性物质，正极活性物质为磷酸铁锂。

进一步的，隔膜3包括聚合物基材层31和设置于聚合物基材层31至少一表面的钛酸锂层12，聚合物基材层31包括聚丙烯-聚乙烯复合层、聚丙烯层或聚乙烯层。钛酸锂涂层设置在隔膜3的表面，能够抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的安全性能。

对比例1

本对比例提供一种锂金属电池，与实施例2不同的是，负极片1为锂片，隔膜3为聚丙烯膜。

将实施例2和对比例1的锂金属电池制备成525166-3Ah型号，在0℃的低温下对电池进行0.1C充，0.5C放的充放电循环，对比实施例2和对比例1中锂金属电池的循环性能。

结果发现，实施例2的锂金属电池50圈的循环容量保持率为90％，对比例1的锂金属电池50圈的循环容量保持率为75％。从此性能测试可以看出：实施例2中的锂金属电池由于在锂金属层11的表面设置有钛酸锂层12，可以改善其低温充电，0℃下充电锂的副反应更少，锂损失更少，因此其循环寿命更长。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims

1.一种锂金属电池负极片，其特征在于，包括：

锂金属层；

钛酸锂层，设置于所述锂金属层的至少一表面；

所述锂金属层的厚度为1～100μm，所述钛酸锂层的厚度为1～10μm。

2.根据权利要求1所述的锂金属电池负极片，其特征在于，所述钛酸锂层设置于所述锂金属层的两表面。

3.根据权利要求1所述的锂金属电池负极片，其特征在于，所述钛酸锂层包括纳米钛酸锂颗粒，所述纳米钛酸锂颗粒的粒径为50～500nm。

4.根据权利要求1所述的锂金属电池负极片，其特征在于，所述锂金属层包括金属锂或锂合金。

5.根据权利要求1所述的锂金属电池负极片，其特征在于，所述锂金属层的厚度为10～50μm，所述钛酸锂层的厚度为2～8μm。

6.根据权利要求1所述的锂金属电池负极片，其特征在于，所述锂金属层包括锂带或锂片。

7.一种锂金属电池，其特征在于，包括正极片、负极片以及设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述负极片为权利要求1～6任一项所述的锂金属电池负极片。

8.根据权利要求7所述的锂金属电池，其特征在于，所述正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴铝酸锂。

9.根据权利要求7所述的锂金属电池，其特征在于，所述隔膜包括聚合物基材层和设置于所述聚合物基材层至少一表面的所述钛酸锂层，所述聚合物基材层包括聚丙烯-聚乙烯复合层、聚丙烯层或聚乙烯层。