[发明专利]镀膜铝负极及其制备方法和应用、锂二次电池及其应用

说明书

本发明提供了一种镀膜铝负极及其制备方法和应用、锂二次电池及其应用，属于电化学储能技术领域。本发明提供了一种镀膜铝负极，包括铝负极基体，所述铝负极基体表面设置有铜镍合金镀层；其中，所述铜镍合金镀层中铜的含量为0.5wt％‑10wt％。本发明含特定铜镍用量的铜镍合金镀层在充放电过程中不易与锂发生合金化，在锂合金化和去合金化过程中体积不膨胀或者膨胀很小，可有效抑制铝负极基体循环过程中的体积膨胀及粉化坍塌，能很好地维持其表层结构，保证内部铝负极基体结构的稳定性。本发明铜镍合金镀层可有效阻隔电解液与铝负极基体发生反应，提高库伦效率，减少不可逆容量。

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种镀膜铝负极及其制备方法和应用、锂二次电池及其应用。

背景技术

传统的锂离子电池负极材料为石墨类材料，随着研究的深入，已经出现了以铝作为负极材料的锂离子电池(Advanced Energy Materials,2016,6(11):1502588.)，这种新型的锂离子电池采用铝箔同时作为电池负极材料和负极集流体，减少了传统的负极活性材料，比能量密度更高、成本更低，具有极大的应用前景。

但是铝箔直接作为锂离子电池的负极材料时也存在着一些问题，例如，该类型的电池的工作原理为金属与锂的合金化和去合金化。金属材料在与锂离子合金和去和金化的过程中，金属体积会发生剧烈变化，最终结构会坍塌，造成电极粉化引起电池容量衰减，影响电池的性能；金属铝与电解液在界面发生反应形成的固体电解质层(Solid ElectrolyteInterface，SEI膜)随时间不断增厚，界面阻抗不断增加，库伦效率降低，电池容量衰减；由于铝金属负极体积在充放电过程中不断变化，SEI膜不稳定，在脱嵌锂过程中，不断的生成-破裂-再生成，消耗金属锂和电解液。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种镀膜铝负极，将该镀膜铝负极作为负极材料应用于锂二次电池，能够解决上述问题中的至少一个。

本发明的目的之二在于提供上述镀膜铝负极的制备方法；该制备方法操作简单，易于实施，可操作性强，易于实现规模化生产。

本发明的目的之三在于提供上述镀膜铝负极在锂二次电池中的应用；本发明镀膜铝负极可应用于以铝负极基体为集流体及负极活性物质材料的新型锂二次电池体系中。

本发明的目的之四在于提供一种锂二次电池；该锂二次电池以上述镀膜铝负极同时作为负极集流体和负极活性材料。

本发明的目的之五在于提供上述锂二次电池在电动自行车、电动摩托车、电动汽车或军事装备中的应用。

第一方面，提供了一种镀膜铝负极，包括铝负极基体，所述铝负极基体表面设置有铜镍合金镀层；

其中，所述铜镍合金镀层中铜的含量为0.5wt％-10wt％。

优选地，所述铝负极基体的厚度为16μm-100μm；

优选地，所述铝负极基体的状态为O态或H态。

优选地，所述铜镍合金镀层的厚度为1μm-2μm；

优选地，所述铜镍合金镀层中铜的含量为1wt％-5wt％。

第二方面，提供了上述镀膜铝负极的制备方法，包括以下步骤：

通过物理气相沉积的方法将铜镍合金沉积在铝负极基体表面，得到镀膜铝负极。

优选地，所述物理气相沉积为真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜或分子束外延，优选为溅射镀膜；

优选地，所述溅射镀膜的电流为30mA-50mA，所述溅射镀膜的时间为5min-10min。

优选地，所述铝负极基体经过清洗、腐蚀和干燥得到；