一种具有包覆层的负极极片、其制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种具有包覆层的负极极片、其制备方法及用途，所述负极极片包括负极集流体及依次位于所述负极集流体至少一侧表面的负极材料层和包覆层；所述负极材料层中的负极活性物质包括氧化硅分子筛，所述包覆层包括二甲基硅油和锂盐。本发明专利技术将负极材料通过采用氧化硅分子筛代替使用锂金属，氧化硅分子筛为多孔硅材料，将这种材料制得负极极片材料，并以表面涂覆一层特殊材质的涂覆层可有效降低内阻从而提升电池性能。同时，正极采用高镍三元镍钴锰材料制备，可进一步提升固态电池性能获得高能量密度的全固态电池。

The invention relates to a negative electrode piece with a coating layer, a preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种具有包覆层的负极极片、其制备方法及用途
本专利技术涉及新能源动力电池领域，尤其涉及全固态电池
，涉及一种具有包覆层的负极极片、其制备方法及用途，特别涉及一种具有包覆层的负极极片、其制备方法、固态电池电芯和高能量密度的全固态电池。
技术介绍
传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。全固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。负极为全固态电池中的核心部件之一，其结构和组成影响最终全固态电池的综合性能。现有技术中常用锂金属作为全固态电池的负极，如CN105489944A公开了一种采用金属锂做负极的全固态电池制备方法，其方法包括：步骤101、在全固态电池电芯制备过程中，将金属锂压制在集流器上；步骤102、在金属锂表面涂覆负极材料薄层；步骤103、完成固体电解质及复合正极材料的压制成型和全固态电池电芯制备。通过在金属锂负极表面进行负极材料薄层涂覆，在物理上对金属锂和固体电解质材料进行隔绝，防止固体电解质材料与金属锂直接接触发生反应；涂刷的负极材料薄层作为过渡材料，具有电子导电性的同时，也不会妨碍全固态电池充放电循环过程中锂离子的穿梭。CN109390587A公开了一种全固态电池负极、其制备方法和全固态电池，所述全固态电池的负极由复合锂带构成，复合锂带由集流体和复合于集流体表面上的超薄锂带或超薄锂合金带构成，超薄锂带或超薄锂合金带的厚度范围为0.020～0.15mm。根据本专利技术，复合锂带或锂合金带可以直接做全固态电池的负极使用；且复合锂带或锂合金带的制备工艺简单，可以大批量规模化生产。但是，以锂金属作为全固态电池的负极存在循环过程中电极体积变化大，严重时会导致电极粉化失效，循环性能大幅下降，同时锂是电极活性物质，相应的安全隐患较大的问题，为此，部分全固态电池的生产企业考虑了将锂金属和硫化物共同进行使用，以进一步提高全固态电池的性能。由于锂金属和硫化物本身化学性质的关系，两者直接接触就容易发生反应，从而导致在锂金属表面生成阻隔金属锂和硫化物接触的稳定物质，从而降低锂金属和硫化物之间的离子传输效率，久而久之就会使得电池的内阻上升，进而使全固态电池发生失效。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有包覆层的负极极片、其制备方法及用途，特别涉及一种具有包覆层的负极极片、其制备方法、固态电池电芯和高能量密度的全固态电池。本专利技术将负极材料通过采用氧化硅分子筛代替使用锂金属，氧化硅分子筛为多孔硅材料，将这种材料制得负极极片材料，并以表面涂覆一层特殊材质的涂覆层可有效降低内阻从而提升电池性能。同时，正极采用高镍三元镍钴锰材料制备，可进一步提升固态电池性能。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种具有包覆层的负极极片，所述负极极片包括负极集流体及依次位于所述负极集流体至少一侧表面的负极材料层和包覆层；所述负极材料层中的负极活性物质包括氧化硅分子筛，所述包覆层包括二甲基硅油和锂盐。本专利技术的负极极片中，氧化硅分子筛自身物理结构为多孔结构，有利于Li+嵌入和脱出，提高电池能量密度；氧化硅分子筛孔隙率大，空间网络结构，比表面积和体积比较大，具有较强的抗膨胀破坏性，提高在负极极片充放电中的抵抗膨胀性能，改善了由于膨胀被破坏导致电池衰减的弊端，后期进一步保障了全固态电池的能量密度等性能；该特定组成包覆层的存在有效地降低了离子交换时的内阻，以及有效降低因不同物质造成的极性差异，降低界面能，提高了离子转换效能，进而提升采用其的电池的电化学性能。本专利技术的负极极片中，可以是一侧表面具有负极材料层和包覆层，此时该侧的结构为：负极材料层位于集流体表面，包覆层包覆负极材料层。也可以是两侧表面均具有负极材料层和包覆层，此时两侧的结构均为：负极材料层位于集流体表面，包覆层包覆负极材料层。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。优选地，所述氧化硅分子筛的孔隙率大于25％，例如27％、28％、30％、35％、40％或45％等，孔隙率并非越大越好，随着孔隙率增加，氧化硅分子筛结构强度会下降，存在结构坍塌的弊端。不利于对电化学性能提高，为了更好地兼顾氧化硅分子筛的强度以及构建良好的空间网络结构，增大比表面积和体积，进而获得较强的抗膨胀破坏性，优选为28％-35％。优选地，所述负极材料层中还包括粘结剂和导电剂。优选地，所述包覆层的厚度为20μm-25μm，例如20μm、21μm、22μm、23μm或25μm等，若包覆层过厚会导致内阻增加，同样不利于对电化学性能提高在上述优选范围内，为了保证既有利于对负极材料层的保护，又有利于锂离子有效通过优选厚度在上述的20μm-25μm范围内。优选地，以二甲基硅油和锂盐的总质量为100％计，所述锂盐的质量百分含量为5％-10％，例如5％、6％、7％、8％、8.5％、9％或10％等，优选为7％-8.5％。优选地，所述锂盐选自LiI和/或Li2S。优选地，所述锂盐为LiI和Li2S的混合物，LiI和Li2S的质量比为1:0.5-1:1，例如1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9或1:1等。本专利技术的锂盐优选采用上述两物质的混合物，因为单一种类的锂盐存在于二甲基硅油中时易出现盐析出现象，当两种盐同时存在时会有“混合盐”效应，锂盐离子相互抑制，充分分散于二甲基硅油中，提高电化学性能。为了更好地发挥抑制盐析出的作用，优选上述的质量比为1:0.5-1:1。第二方面，本专利技术提供如第一方面所述的负极极片的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)配制负极浆料，所述负极浆料中的负极活性物质包括氧化硅分子筛；(2)将负极浆料粘附于负极集流体至少一侧表面上，干燥，得到负极基片；(3)将负极基片浸渍于含有锂盐的二甲基硅油乳液中，干燥，从而得到具有包覆层的负极极片。本专利技术的方法，通过步骤(1)和步骤(2)制备得到负极极片，包括集流体及位于集流体至少一侧表面的负极材料层，通过步骤(3)将负极基片浸渍于含有锂盐的二甲基硅油乳液中，可以在一侧的负极材料层表面形成包覆层或者在两侧的负极材料层表面均形成包覆层，得到一种新型的具有包覆层的负极极片。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述负极浆料中还包括粘结剂和导电剂。优选地，步骤(2)所述粘附的方式包括涂覆、喷涂或旋涂中的任意一种。优选地，步骤(2)负极浆料粘附于负极集流体两侧表面上。优选地，步骤(3)所述浸渍为浸没，优选为完全浸没。采用浸没的方式制备包覆层，可以使涂层更加完整均匀。优选地，步骤(3)所述浸渍的时间为1h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有包覆层的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括负极集流体及依次位于所述负极集流体至少一侧表面的负极材料层和包覆层；/n所述负极材料层中的负极活性物质包括氧化硅分子筛，所述包覆层包括二甲基硅油和锂盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有包覆层的负极极片，其特征在于，所述负极极片包括负极集流体及依次位于所述负极集流体至少一侧表面的负极材料层和包覆层；
所述负极材料层中的负极活性物质包括氧化硅分子筛，所述包覆层包括二甲基硅油和锂盐。


2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述氧化硅分子筛的孔隙率大于25％，优选为28％-35％；
优选地，所述负极材料层中还包括粘结剂和导电剂；
优选地，所述包覆层的厚度为20μm-25μm；
优选地，以二甲基硅油和锂盐的总质量为100％计，所述锂盐的质量百分含量为5％-10％，优选为7％-8.5％；
优选地，所述锂盐选自LiI和/或Li2S；
优选地，所述锂盐为LiI和Li2S的混合物，LiI和Li2S的质量比为1:0.5-1:1。


3.如权利要求1或2所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)配制负极浆料，所述负极浆料中的负极活性物质包括氧化硅分子筛；
(2)将负极浆料粘附于负极集流体至少一侧表面上，干燥，得到负极基片；
(3)将负极基片浸渍于含有锂盐的二甲基硅油乳液中，干燥，从而得到具有包覆层的负极极片。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述负极浆料中还包括粘结剂和导电剂；
优选地，步骤(2)所述粘附的方式包括涂覆、喷涂或旋涂中的任意一种；
优选地，步骤(2)负极浆料粘附于负极集流体两侧表面上；
优选地，步骤(3)所述浸渍为浸没，优选为完全浸没；
优选地，步骤(3)所述浸渍的时间为1h-6h，优选为1.5h-3h。


5.一种固态电池电芯，其特征在于，所述固态电池电芯包括权利要求1或2所述的负极极片；
优选地，所述固态电池电芯包括正极极片、负极极片和固体电解质层，所述固体电解质层位于所述正极极片和负极极片之间。


6.根据权利要求5所述的固态电池电芯，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体及位于所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层，所述正极材料层中的正极活性物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海兰，冯建林，谭强强，
申请(专利权)人：中科马鞍山新材料科创园有限公司，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34