负极集电体及包括其的金属电池制造技术

本发明专利技术涉及一种负极集电体及金属电池，更具体地，涉及一种负极集电体及包括其的金属电池，其中所述负极集电体包括：二维材料层，其形成在所述集电体基板的至少一面的至少一部分上并具有原子厚度；以及金属层，其形成在所述二维材料层的至少一部分上。另外，本发明专利技术还可以提供所述负极集电体的制造方法。以提供所述负极集电体的制造方法。以提供所述负极集电体的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极集电体及包括其的金属电池


[0001]本专利技术涉及一种负极集电体及包括其的金属电池。

技术介绍

[0002]锂二次电池具有最佳的能量密度和输出特性，其已被广泛商业化。随着对电动汽车和大容量蓄电装置的需求增加，已经开发出能够满足需求的各种电池。分析结果表明，需要应用锂金属负极来实现400瓦时/千克(Wh/kg)以上的能量密度，并且使用锂金属作为负极来提高二次电池的能量密度的技术的开发正在积极进行中。
[0003]锂金属电池是使用具有高容量和低还原电位的锂金属作为负极的二次电池，正以锂
‑
空气电池或锂
‑
硫电池等各种形式进行研究和开发，并且作为具有高能量密度的下一代能量电池系统而备受关注。
[0004]如果使用锂金属作为负极，则可以在将锂金属沉积在集电体的表面上的过程中形成具有枝晶(dendrite)结构的锂层。如果锂枝晶由于这种不均匀的锂层而生长，则可能发生短路现象，并且可能会形成对容量没有贡献的死锂(Dead Li)。此外，由于上述具有枝晶结构的锂层，出现了电池的容量和输出特性降低的现象，这可能会导致锂金属电池商业化的困难。
[0005]为了克服这些问题，用于在集电体的表面上形成均匀的锂层的技术的发展正在出现，然而，由于集电体表面的高成核过电位(nucleation overpotential)，在技术上难以控制均匀的锂成核。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种负极集电体，其具有改性为具有金属亲和性的表面，并且可以形成均匀且致密的金属层。
[0008]本专利技术的目的在于提供一种金属电池，其包括根据本专利技术的负极集电体并且可以实现基于金属的高能量密度。
[0009]本专利技术提供一种根据本专利技术的负极集电体的制造方法。
[0010]然而，本专利技术要解决的技术问题并非受限于上述言及的问题，未言及的其他问题将通过下面的记载由本领域普通技术人员所明确理解。
[0011]解决问题的技术方法
[0012]根据本专利技术的一实施例，涉及一种负极集电体，其包括：集电体基板；二维材料层，其形成在所述集电体基板的至少一面的至少一部分上并具有原子厚度；以及金属层，其形成在所述二维材料层的至少一部分上。
[0013]根据本专利技术的一实施例，所述集电体基板可以包括从由Ni、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Mo、W、Ag、Au、Ru、Pt、Ir、Li、Al、Sn、Bi、Sb及其合金；煅烧碳以及不锈钢(stainless)组成的群组中选择的至少一种以上。
[0014]根据本专利技术的一实施例，所述集电体基板可以包括：第一组分，其包括Cu、Ni、Ti、不锈钢(stainless)或Al；以及第二组分，其包括从由Ni、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Mo、W、Ag、Au、Ru、Pt、Ir、Li、Al、Sn、Bi、Sb及其合金组成的群组中选择的至少一种以上(不包括与第一组分中相同的元素)。
[0015]根据本专利技术的一实施例，所述集电体基板可以为厚度为5μm至100μm的箔(foil)。
[0016]根据本专利技术的一实施例，所述二维材料可以包括石墨烯(graphene)、六方氮化硼(hexagonal boron nitride)及过渡金属化合物中的至少一种以上。
[0017]根据本专利技术的一实施例，所述二维材料层的厚度可以为0.4nm至10nm。
[0018]根据本专利技术的一实施例，可以通过沉积法在所述二维材料层上直接生长所述金属层，并且可以通过电沉积法直接生长所述金属层。
[0019]根据本专利技术的一实施例，所述金属层可以包括从由锂(Li)、钠(Na)、铝(Al)、钙(Ca)、银(Ag)、金(Au)、钠(Na)、锌(Zn)、镁(Mg)及钾(K)组成的群组中选择的至少一种以上的金属；包括所述金属的硫化物；卤化物；氧化物；金属间化合物以及合金组成的群组中选择的至少一种以上。
[0020]根据本专利技术的一实施例，所述金属层不含含金属的枝晶结构，并且所述金属层可以为平面膜(planar film)。
[0021]根据本专利技术的一实施例，所述金属层的厚度可以为1nm至100μm。
[0022]根据本专利技术的一实施例，所述金属层可以包括锂金属、硫化锂、卤化锂、锂合金或两者。
[0023]根据本专利技术的一实施例，所述锂合金可以包括：锂；以及从由钠(Na)、铝(Al)、钙(Ca)、银(Ag)、金(Au)、钠(Na)、锌(Zn)、镁(Mg)及钾(K)组成的群组中选择的至少一种以上。
[0024]根据本专利技术的一实施例，涉及一种金属电池，其包括：负极部；正极部；以及在所述负极部与所述正极部之间的电解质，其中所述负极部包括负极集电梯，其中所述负极集电体包括：集电体基板；二维材料层，其形成在所述集电体基板的至少一面的至少一部分上并具有原子厚度；以及金属层，其形成在所述二维材料层的至少一部分上。
[0025]根据本专利技术的一实施例，所述电解质可以包括液体电解质、固体电解质或两者。
[0026]根据本专利技术的一实施例，所述负极集电体可以是电解质与所述金属层接触的无负极集电体。
[0027]根据本专利技术的一实施例，涉及一种负极集电体的制造方法，其包括以下步骤：准备集电体基板；在所述集电体基板的至少一面的至少一部分上形成具有原子厚度的二维材料层；以及在所述二维材料层的至少一部分上形成金属层。
[0028]根据本专利技术的一实施例，形成所述二维材料层的步骤可以包括以下步骤：将二维材料层转移到所述集电体上。
[0029]根据本专利技术的一实施例，形成所述二维材料层的步骤可以包括以下步骤：通过沉积法在所述负极集电体上直接生长二维材料层。
[0030]根据本专利技术的一实施例，形成所述金属层的步骤可以包括以下步骤：通过沉积法在所述二维材料层上直接生长金属层。
[0031]专利技术的效果
[0032]在本专利技术中，在采用负极结构的集电体的表面上形成有具有平坦且致密结构的金
属层(例如，锂层)，其中金属(例如，锂)的成核过电位降低，并且其中在集电体表面上抑制枝晶结构。具有上述平坦且致密结构的金属层可以用作金属负极，例如锂金属负极。此外，可以通过防止容量和输出特性的降低来增强恒定的能量密度和稳定性，并且可以实现高能的金属电池，例如，锂金属电池。
[0033]此外，本专利技术可以提供一种负极集电体及应用所述负极集电体的金属电池(例如，锂金属电池)，其中所述负极集电体具有原子厚度和平面形状，并且其通过使用可吸附金属原子的二维材料进行表面处理来可形成有均匀且致密的金属层。
附图说明
[0034]图1为根据本专利技术的一实施例示例性地示出根据本专利技术的具有改性为亲锂的表面的负极集电体及形成有均匀的锂金属层的负极集电体的配置的附图。
[0035]图2a为根据本专利技术的一实施例的锂金属的沉积表面的扫描电子显微镜(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极集电体，其特征在于，包括：集电体基板；二维材料层，其形成在所述集电体基板的至少一面的至少一部分上并具有原子厚度；以及金属层，其形成在所述二维材料层的至少一部分上。2.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述集电体基板包括从由Ni、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Mo、W、Ag、Au、Ru、Pt、Ir、Li、Al、Sn、Bi、Sb及其合金；煅烧碳以及不锈钢组成的群组中选择的至少一种以上。3.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述集电体基板，包括：第一组分，其包括Cu、Ni、Ti、不锈钢或Al；以及第二组分，其包括从由Ni、Cu、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Mo、W、Ag、Au、Ru、Pt、Ir、Li、Al、Sn、Bi、Sb及其合金组成的群组中选择的至少一种以上(不包括与第一组分中相同的元素)。4.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述集电体基板为厚度为5μm至100μm的箔。5.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述二维材料包括石墨烯、六方氮化硼及过渡金属化合物中的至少一种以上。6.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述二维材料层的厚度为0.4nm至10nm。7.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，通过沉积法在所述二维材料层上直接生长所述金属层，通过电沉积法直接生长所述金属层。8.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述金属层包括从由锂(Li)、钠(Na)、铝(Al)、钙(Ca)、银(Ag)、金(Au)、钠(Na)、锌(Zn)、镁(Mg)及钾(K)组成的群组中选择的至少一种以上的金属；包括所述金属的硫化物；卤化物；氧化物；金属间化合物以及合金组成的群组中选择的至少一种以上。9.根据权利要求1所述的负极集电体，其特征在于，所述金属层不含含金属的枝晶结构，所述金属层为平面膜。10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：申铉石，李相英，金胜赫，金玟秀，
申请(专利权)人：奈克斯提尔里斯有限公司，
类型：发明
国别省市：