[发明专利]电池负极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电池负极及其制备方法和应用，其中所述电池负极包括：负极基体和涂层，所述负极基体包括碳基材料、硅基材料和硅氧基材料中的至少之一，所述涂层设在所述负极基体的至少一部分表面上，并且所述涂层包括金属锂、快离子导体和粘结剂。由此，装载该电池负极的锂电池具有优异的首效、能量密度和循环寿命。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种电池负极及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，对车用动力电池能量密度以及安全性能的要求不断提升。预计到2025年，动力电池能量密度将达到500Wh/kg以上。随着对动力电池能量密度需求的不断提升，现有石墨负极材料的克容量以及压实密度已经到了极限值，硅碳材料由于具有优异的克容量和压实密度，因此将硅碳材料作为负极材料使用将是未来一段时间的热点。然而，硅碳材料的首次充放电效率低、膨胀比大、长时间循环带来的材料粉化问题、以及与相关电解液、胶的匹配问题始终困扰着相关的科研人员。

现有研究表明，可以通过补锂和预锂化技术改善硅碳负极的首效和循环性能。目前的补锂技术中，以锂粉及超薄锂带补锂为主要研究趋势，但是超薄锂带的制备过程中，对工艺和设备要求较高，需要高精度的辊压机设备及一些特定的保护膜、润滑油进行辅助。锂粉补锂为了防止质量较轻的锂粉分散，多采用湿法补锂，将锂粉与溶剂和粘结剂提前分散好，然后采用刮涂、滴涂或凹版印刷等方式分散于负极片上，但目前所公开的湿法补锂技术均未提及预锂后锂枝晶的控制问题，因为负极表面提前铺上一层锂粉进行预锂，充放电过程中极易导致析锂及锂枝晶的产生，这种预锂方式虽然在首效上有一定的提高，但也会因为析锂及锂枝晶的快速生长而导致循环寿命受损。

因此，现有的电池负极有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电池负极及其制备方法和应用，装载该电池负极的锂电池具有优异的首效、能量密度和循环寿命。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种电池负极。根据本发明的实施例，所述电池负极包括：

负极基体，所述负极基体包括碳基材料、硅基材料和硅氧基材料中的至少之一；

涂层，所述涂层设在所述负极基体的至少一部分表面上，并且所述涂层包括金属锂、快离子导体和粘结剂。

根据本发明实施例的电池负极，通过采用包括碳基材料、硅基材料和硅氧基材料中的至少之一的材料作为负极基体，该组成的负极基体相对于传统的石墨负极材料具有优异的克容量和压实密度，并且在本申请的负极基体表面上形成包括金属锂、快离子导体和粘结剂的涂层，该涂层中的快离子导体不仅可以引导锂离子在负极基体表面的有序沉积，而且可以有效抑制充放电过程中锂枝晶的生长，从而使得装载该电池负极的锂电池具有优异的首效、能量密度和循环寿命。

另外，根据本发明上述实施例的电池负极还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述金属锂、所述快离子导体和所述粘结剂的质量比为(1～80)：(1～80)：(1～10)。由此，使得装载该电池负极的锂电池具有优异的首效、能量密度和循环寿命。

在本发明的一些实施例中，所述金属锂的粒径为5～100微米。

在本发明的一些实施例中，所述金属锂的外表面具有保护层，所述保护层包括碳酸锂、氟化锂、碘化锂、氧化锂、氢氧化锂和有机锂盐中的至少之一。由此，可以降低金属锂的活性，从而避免了制备过程苛刻的干燥条件。

在本发明的一些实施例中，所述快离子导体包括氧化物电解质和陶瓷中的至少之一，优选氧化物电解质。

在本发明的一些实施例中，所述氧化物电解质包括LLZO、LLZTO和LATP中的至少之一。由此，使得装载该电池负极的锂电池具有优异的首效、能量密度和循环寿命。