一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池，锂离子电池负极包括电极层、补锂层以及设置于电极层与补锂层之间的保护层；保护层包括固态添加剂，固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液；保护层的锂离子电导率小于10

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池
本专利技术涉及新能源领域，具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池。
技术介绍
为了克服锂离子电池首次效率低的问题，通常采用在负极侧添加锂层进行预补锂的方法。现有的补锂技术主要分两种，第一种是从材料层面对硅氧材料进行预锂化处理，第二种是通过物理方法将金属锂箔或者锂粉辊压在涂覆好的负极极片表面。但是上述方法都存在缺陷：在材料的层面对硅氧材料进行预锂化，会明显降低硅氧材料的克容量，对负极材料首次充放电效率的提高幅度也有限，而采用第二种方法，由于金属锂粉的反应活性很强，过量的金属锂的加入会造成电池负极的析锂引发安全问题，在整个极片补锂制备环节存在很大的安全风险；同时，在添加补锂层后，进行化成前，锂的高活泼性使得电池的安全风险提高。为了防止在预锂化过程中发生诸如着火之类的事故，目前也有在补锂层与负极之间设置保护层的技术，但采用诸如原子沉积等方法往往工艺复杂、处理效率低、成本高。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池，能简单、安全且快速地获得预锂化的电池负极，并且成本低廉，后续补锂也简便、安全。为解决上述技术问题，本专利技术提出如下第一技术方案：一种锂离子电池负极，包括电极层、补锂层以及设置于所述电极层与所述补锂层之间的保护层；所述保护层包括固态添加剂，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液，所述保护层在化成阶段结束后消失。在一种较佳的实施方式中，所述保护层的锂离子电导率小于10-3S/cm；优选的，所述保护层的锂离子电导率小于10-4S/cm。在一种较佳的实施方式中，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度，所述固态添加剂包括硫酸亚乙烯酯，丙烷磺酸内酯、4-甲基硫酸亚乙酯、三（三甲基硅烷）磷酸酯、2,2-二苯基丙烷、二环己基碳二亚胺、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的一种或多种的混合物。在一种较佳的实施方式中，所述固态添加剂可溶于锂离子电池电解液，所述固态添加剂包括硫酸亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂中的一种或多种的混合物。在一种较佳的实施方式中，所述保护层的厚度为10nm-1μm。优选的，所述保护层的厚度为100-500nm。在一种较佳的实施方式中，所述电极层包括负极活性物质层和集流体。优选的，所述集流体包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、铝-镉合金中的一种或多种的组合。在一种较佳的实施方式中，所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘合剂。优选的，所述导电剂包括石墨、炭黑材料、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种。优选的，所述粘合剂包括热塑性树脂和/或热固性树脂。优选的，所述负极活性物质为硅碳或硅氧负极活性物质。本专利技术还提出如下第二技术方案：一种锂离子电池负极制备方法，所述方法包括以下步骤：制备电极层和补锂层；将固态添加剂在所述电极层和/或所述补锂层上形成保护层，所述固态添加剂的熔点低于锂离子电池化成温度的固态添加剂或可溶于锂离子电池电解液；将所述电极层与补锂层叠片制备成锂离子电池负极，所述保护层设置于所述电极层与补锂层之间。本专利技术还提出如下第三技术方案：所述的一种锂离子电池负极或所述的制备方法制备得到的锂离子电池负极在锂离子电池中的应用。本专利技术还提出如下第四技术方案：一种锂离子电池，包括正极、负极和锂离子电池电解液；所述负极包括电极层、补锂层以及设置于所述电极层与所述补锂层之间的保护层；所述保护层包括可溶于所述锂离子电池电解液的固态添加剂；所述保护层的锂离子电导率小于10-3S/cm；所述电极层包括负极活性物质层和集流体；所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘合剂；所述导电剂包括石墨、炭黑材料、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种；所述粘合剂包括热塑性树脂和/或热固性树脂；所述负极活性物质为硅碳或硅氧负极活性物质；所述保护层在注液、化成后完全溶解于所述锂离子电池电解液中。在一种较佳的实施方式中，所述固态添加剂包括硫酸亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂中的一种或多种的混合物。本专利技术实施例所提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提供一种锂离子电池负极及其制备方法、应用和电池，锂离子电池负极包括电极层、补锂层以及设置于电极层与补锂层之间的保护层；保护层包括固态添加剂，固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液；保护层的锂离子电导率小于10-3S/cm；电极层包括负极活性物质层和集流体；负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘合剂；导电剂包括石墨、炭黑材料、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种；粘合剂包括热塑性树脂和/或热固性树脂；负极活性物质为硅碳或硅氧负极活性物质；保护层在化成阶段结束后消失；于补锂层与电极层之间设置保护层，使得补锂层不能与电极层直接接触，提高电池的安全性能，保护层由固态添加剂直接制得，制备简单，效率高、成本低。进一步的，保护层采用的是熔点低于锂离子电池化成温度的固态添加剂或可溶于锂离子电池电解液的固态添加剂，在锂离子电池化成或注液后不再存在，因此减小了因为设置保护层而增加的电池内阻，也提高了补锂效率。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术中：补锂时从材料层面对硅氧材料进行预锂化处理会明显降低硅氧材料的克容量，并且不能有效提高负极首次充放电效率，而将金属锂箔或者锂粉辊压在涂覆好的负极极片表面又很难获得分布均匀且连续的、厚度小于10μm的金属锂箔，并且由于金属锂粉的反应活性强，补锂加入的金属锂会造成电池负极的析锂引发安全问题。为解决预锂化过程中由于金属锂反应活性强容易引发着火之类的安全事故，目前采用在补锂层与负极之间设置保护层，为防止保护层厚度大而导致电池电阻增加，目前采用原子沉积方法以实现制备出厚度极小的薄膜保护层，工艺复杂，效率低下，成本高昂。为此，本实施例提供一种锂离子电池负极，其能有效克服上述问题。本实施例提供一种锂离子电池负极，包括电极层、补锂层以及设置于所述电极层与所述补锂层之间的保护层；所述保护层包括固态添加剂，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液；所述保护层的锂离子电导率小于10-3S/cm；所述电极层包括负极活性物质层和集流体；所述负极活性物质层包括负极活性物质材料、导电剂和粘合剂；所述导电剂包括石墨、炭黑材料、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种；所述粘合剂包括热塑性树脂和/或热固性树脂；所述负极活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括电极层、补锂层以及设置于所述电极层与所述补锂层之间的保护层；所述保护层包括固态添加剂，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液；所述保护层的锂离子电导率小于10

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括电极层、补锂层以及设置于所述电极层与所述补锂层之间的保护层；所述保护层包括固态添加剂，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度或可溶于锂离子电池电解液；所述保护层的锂离子电导率小于10-3S/cm；
所述电极层包括负极活性物质层和集流体；
所述负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘合剂；所述导电剂包括石墨、炭黑材料、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维中的至少一种；所述粘合剂包括热塑性树脂和/或热固性树脂；所述负极活性物质为硅碳或硅氧负极活性物质；
所述保护层在化成阶段结束后消失。


2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于，所述固态添加剂熔点低于锂离子电池化成温度，所述固态添加剂包括硫酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯、4-甲基硫酸亚乙酯、三（三甲基硅烷）磷酸酯、2,2-二苯基丙烷、二环己基碳二亚胺、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的一种或多种的混合物。


3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于，所述固态添加剂可溶于锂离子电池电解液，所述固态添加剂包括硫酸亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂中的一种或多种的混合物。


4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于，所述保护层的厚度为10nm-1μm。


5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极，其特征在于，所述集流体包括铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、铝-镉合金中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉川，李峥，何泓材，陈凯，
申请(专利权)人：清陶昆山能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32