[发明专利]一种具有复合层结构的电极和锂电池

说明书

本发明提供一种具有复合层结构的电极和锂电池，具有复合层结构的电极包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。该具有复合层结构的电极不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的安全性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种电极，尤其涉及一种具有复合层结构的电极和锂电池，属于锂电池技术领域。

背景技术

随着动力汽车的崛起，人们对于高能量密度储能设备的追求越来越迫切，传统碳材料负极由于价格便宜，安全可逆循环次数高等诸多有利条件而得到了广泛应用。但是，碳材料负极理论容量较低(372mAh/g)已经越来越难以满足人们对高能量密度的追求。

锂金属负极材料因其非常高的理论容量(3860mAh·g^-1)和最负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)而被称为二次锂电池的“圣杯”，受到了人们的广泛关注，但锂金属负极存在的缺点也是显而易见的。如金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化，不仅降低了电池的容量，更会造成安全隐患，缩短电池使用寿命。

发明内容

本发明提供一种具有复合层结构的电极，该具有复合层结构的电极能够使锂离子均匀沉积，不会发生锂枝晶现象，有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。

本发明还提供一种具有复合层结构的电极的制备方法，该制备方法简单易行，能够以低制造成本得到不会发生锂枝晶现象的具有复合层结构的电极。

本发明还提供一种具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用，该具有复合层结构的电极作为负极有利于提高锂电池的能量密度、安全性能和循环寿命。

本发明还提供一种锂电池，该锂电池具有优异的能量密度、安全性能和循环寿命。

本发明提供一种具有复合层结构的电极，包括集流体和依序形成于所述集流体表面的第一亲锂层、第二亲锂层以及反钙钛矿层；

其中，所述第一亲锂层为掺杂有氮元素的碳层，所述第二亲锂层的组成包括亲锂单质或亲锂氧化物。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的材料包括氮掺杂石墨烯、氮掺杂碳纳米管、聚多巴胺碳材料以及氮掺杂导电炭黑中的一种。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂单质的材料选自硅、锗、铝、镁、锌、锡和铋中的一种。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述亲锂氧化物的材料选自二氧化硅、二氧化锗、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌和氧化锡中的一种。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述反钙钛矿层的材料选自锂基反钙钛矿材料。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层的厚度为0.1-10μm，所述第二亲锂层的厚度为0.5-10μm，所述反钙钛矿层的厚度为0.1-2μm。

如上所述的具有复合层结构的电极，其中，所述第一亲锂层覆盖于集流体的一侧，所述第二亲锂层沉积于所述第一亲锂层的一侧，所述反钙钛矿层沉积于所述第二亲锂层的一侧。

本发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极的制备方法，包括以下步骤：

在集流体的一侧形成第一亲锂层；

在所述第一亲锂层上形成第二亲锂层；

在所述第二亲锂层上形成反钙钛矿层，得到所述具有复合层结构的电极。

发明还提供一种上述任一所述的具有复合层结构的电极在锂电池负极中的应用。

本发明还提供一种锂电池，所述锂电池的负极为上述任一所述的具有复合层结构的电极。