锂基电极和二次锂电池制造技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，具体提供一种锂基电极和二次锂电池。所述锂基电极包括锂基片和附着于锂基片至少一表面上的复合膜层；复合膜层中含有有机高分子材料和二维无机片状材料；有机高分子材料和二维无机片状材料呈交替层叠排列的结构；有机高分子材料和二维无机片状材料的质量比为40:60～0.1:99.9；复合膜层的厚度为50nm～20μm。本发明专利技术的锂基电极和二次锂电池，复合膜层能将锂基片与外界进行有效的隔绝且具有较强的机械强度，从而可有效抑制以该锂基电极为负极的二次锂电池的锂枝晶生长，并抑制锂基片和电解液的副反应，从而有效提高二次锂电池的安全性能、电极利用率及库伦效率，并改善二次锂电池的循环性能。并改善二次锂电池的循环性能。并改善二次锂电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
锂基电极和二次锂电池


[0001]本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种锂基电极和二次锂电池。

技术介绍

[0002]现有商用二次锂电池基本以石墨为负极活性材料，但是这种二次锂电池的能量密度发展缓慢且已无法满足新能源汽车的使用需求，由于金属锂负极的理论容量为3860mAh g
‑1、电势为
‑
3.040V(vs.标准氢电极)，因而备受关注，以金属锂为负极有望能提升二次锂电池的能量密度。
[0003]但是锂金属在二次锂电池的循环测试中易产生枝晶，枝晶可能会刺穿隔膜从而造成正负极短路，安全隐患较大，这阻碍了基于金属锂负极的二次锂电池的产业化。
[0004]为解决金属锂负极的枝晶问题，现有技术通过磁控溅射在铜箔表面溅射一层含锑的磷酸锂界面保护层，这能促进锂离子的均匀沉积，实现长时间的循环稳定性，但是因磁控溅射技术不适合大规模的制备而实用性较低。又有现有技术采用柔性的聚合物薄膜来抑制枝晶的生长，但是其机械模量低，无法适应高倍率下二次锂电池循环过程中枝晶的穿刺。
[0005]为此，有必要探究一种新的方案，以解决基于金属锂负极活性材料的二次锂电池存在的上述问题，并提高锂金属的利用率和循环性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种锂基电极，以解决现有二次锂电池以金属锂作为负极活性材料时易出现锂枝晶等问题。
[0007]为实现上述技术目标，本专利技术实施例采用的技术方案如下：
[0008]锂基电极，包括锂基片和附着于所述锂基片至少一表面上的复合膜层；
[0009]所述复合膜层中含有有机高分子材料和二维无机片状材料，所述有机高分子材料和所述二维无机片状材料呈交替层叠排列的结构；所述有机高分子材料材料和所述二维无机片状材料的质量比为40:60～0.1:99.9；
[0010]所述复合膜层的厚度为50nm～20μm。
[0011]在一些实施方式中，所述二维无机片状材料包括石墨、六方氮化硼、黑磷、过渡金属二硫族化合物、过渡金属三硫族化合物、金属磷三硫族化合物、过渡金属卤氧化物、金属卤化物、层状氧化物、层状单金属氢氧化物、层状硅酸盐、金属碳化物、氮化物、其它层状半导体材料、天然层状矿物材料中的至少一种。
[0012]在一些实施方式中，所述过渡金属二硫族化合物包括MoS2、WS2、WSe2、NbSe2、ZrS2、ZrSe2、NbS2、TiS2、TaS2、NiSe2及NbSe2中的至少一种；
[0013]所述过渡金属三硫族化合物包括NbX3、TiX3及TaX3中的至少一种，其中X包括S、Se、Te中的任一种；
[0014]所述金属磷三硫族化合物包括MnPS3、CdPS3、NiPS3及ZnPS3中的至少一种；
[0015]所述过渡金属卤氧化物包括VOCl、CdOCl、FeOCl、NbO2F及WO2Cl2中的至少一种；
[0016]所述金属卤化物包括PbI2、BiI3、MoCl2及PbCl4中的至少一种；
[0017]所述层状氧化物包括Bi2Sr2CaCu2O
x
、Sr2Nb3O
10
、TiO2、H2Ti3O7、MnO2、MoO3、MgO、WO3、V2O5、LaNbO4及Bi4Ti3O
12
中的至少一种；
[0018]所述层状单金属氢氧化物包括Ni(OH)2、Eu(OH)3中的至少一种；
[0019]所述层状硅酸盐包括(Mg3)(Si2O5)2(OH)2、Ca2Al(AlSi3O
10
)(OH)2、白云母、黑云母中的至少一种；
[0020]所述金属碳化物包括WC2；
[0021]所述氮化物包括C3N4；
[0022]所述其它层状半导体材料包括GaSe、GaTe、InSe、GeSe、In2Se3及Bi2Se3中的至少一种；
[0023]所述天然层状矿物材料包括高岭土、蒙脱石、蛭石、累托石及层状双金属氢氧化物中的至少一种。
[0024]在一些实施方式中，所述有机高分子材料包括聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚胺酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、全氟磺酸树脂、聚乙烯缩丁醛、聚氯乙烯中的至少一种。
[0025]在一些实施方式中，所述复合膜层中还含有锂盐；以所述有机高分子材料为基准，所述锂盐占所述有机高分子材料质量的0～50％；
[0026]或者，所述有机高分子材料中掺杂有锂离子，所述锂离子在所述有机高分子材料中的掺杂量为0～50％。
[0027]在一些实施方式中，所述锂盐包括氟化锂、氮化锂、氧化锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟黄酰亚胺锂及二(三氟甲基磺酰)酰亚胺锂中的至少一种。
[0028]在一些实施方式中，所述锂基片包括金属锂片、锂合金片中的任一种。
[0029]在一些实施方式中，所述锂基电极还包括集流体，所述锂基片贴合附着在所述集流体的表面。
[0030]本专利技术的目的之二在于提供一种二次锂电池，包括正极、负极、设于所述正极与所述负极之间的隔膜以及吸藏于所述正极、所述负极以及所述隔膜中的电解液，所述负极为上述任一项所述的锂基电极。
[0031]在一些实施方式中，所述正极的活性材料包括磷酸铁锂、硫、氧气、钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、富锂三元材料中的任一种。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033]与现有技术相比，本专利技术实施例提供的锂基电极和二次锂电池，在锂基片表面上附着有包括有机高分子材料和二维无机片状材料的复合膜层，有机高分子材料和二维无机片状材料呈交替层叠排列的结构，其中，有机高分子材料和二维无机片状材料的质量比为40:60～0.1:99.9，形成的复合膜层的厚度在50nm～20μm之间，使得该复合膜层能将锂基片与外界进行有效的隔绝且具有较强的机械强度，从而可以有效抑制以该锂基电极为负极的二次锂电池的锂枝晶生长，并抑制锂基片和电解液的副反应，从而有效地提高二次锂电池的安全性能，并改善二次锂电池的循环性能，此外，还能有效提高二次锂电池的电极利用率和库伦效率。
【附图说明】
[0034]图1为本专利技术实施例提供的锂基电极的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术另一实施例提供的锂基电极的结构示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例1提供的锂基电极的扫描电镜图；
[0037]图4为本专利技术实施例1提供的锂
‑
锂对称电池经200次循环后的负极扫描电镜图。
[0038]附图标号说明：
[0039]100、锂基电极；
[0040]1、锂基片；11、第一表面；12、第二表面；
[0041]2、复合膜层；21、二维无机片状材料；22、有机高分子材料；
[0042]3、集流体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锂基电极，其特征在于，包括锂基片和附着于所述锂基片至少一表面上的复合膜层；所述复合膜层中含有有机高分子材料和二维无机片状材料，所述有机高分子材料和所述二维无机片状材料呈交替层叠排列的结构；所述有机高分子材料和所述二维无机片状材料的质量比为40:60～0.1:99.9；所述复合膜层的厚度为50nm～20μm。2.根据权利要求1所述的锂基电极，其特征在于，所述二维无机片状材料包括石墨、六方氮化硼、黑磷、过渡金属二硫族化合物、过渡金属三硫族化合物、金属磷三硫族化合物、过渡金属卤氧化物、金属卤化物、层状氧化物、层状单金属氢氧化物、层状硅酸盐、金属碳化物、氮化物、其它层状半导体材料、天然层状矿物材料中的至少一种。3.根据权利要求2所述的锂基电极，其特征在于，所述过渡金属二硫族化合物包括MoS2、WS2、WSe2、NbSe2、ZrS2、ZrSe2、NbS2、TiS2、TaS2、NiSe2及NbSe2中的至少一种；所述过渡金属三硫族化合物包括NbX3、TiX3及TaX3中的至少一种，其中X包括S、Se、Te中的任一种；所述金属磷三硫族化合物包括MnPS3、CdPS3、NiPS3及ZnPS3中的至少一种；所述过渡金属卤氧化物包括VOCl、CdOCl、FeOCl、NbO2F及WO2Cl2中的至少一种；所述金属卤化物包括PbI2、BiI3、MoCl2及PbCl4中的至少一种；所述层状氧化物包括Bi2Sr2CaCu2O
x
、Sr2Nb3O
10
、TiO2、H2Ti3O7、MnO2、MoO3、MgO、WO3、V2O5、LaNbO4及Bi4Ti3O
12
中的至少一种；所述层状单金属氢氧化物包括Ni(OH)2、Eu(OH)3中的至少一种；所述层状硅酸盐包括(Mg3)(Si2O5)2(OH)2、Ca2Al(AlSi3O
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，程新兵，张健，徐向群，肖也，
申请(专利权)人：瑞声科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：