[发明专利]金属锂负极及其制备方法、锂离子电池和车辆

说明书

本申请公开了一种金属锂负极及其制备方法、锂离子电池和车辆。所述金属锂负极，包括：锂金属基体；以及保护层，保护层包覆在锂金属基体靠近电解液的一侧，保护层包括金属合金材料，金属合金材料包括钯、铂、金、银、钌、镍中任意两种或三种或四种元素。本申请的保护层中的金属合金具有适中的亲锂性，且金属合金的亲锂性低于纯金属，有利于平衡锂的沉积和脱出行为，提升锂离子电池的容量、库伦效率和循环寿命。

技术领域

本发明一般涉及新能源领域，具体涉及一种金属锂负极及其制备方法、锂离子电池和车辆。

背景技术

在全电池不断循环过程中金属锂作为负极，锂离子在正负极之间往返穿移，在电池充电时锂离子从正极迁移到负极并在负极沉积，在电池放电时锂离子从负极脱出迁移到正极。金属锂作为锂离子电池的负极材料，具有比容量高、还原电位低等优点，其比容量可以达到工业化应用的石墨负极的10倍以上。但是金属锂作为负极，在循环充放电过程中容易生成锂枝晶，一方面锂枝晶的生成会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，另一方面锂枝晶在生长过程中会不断消耗电解液并导致金属锂形成死锂而造成锂的不可逆沉积，锂枝晶的生成还会破坏生成的SEI膜(solid electrolyte interface，固体电解质膜)，进而影响电池容量和库伦效率。

现有通过使用锂负极保护层以解决上述问题，例如：氮掺杂的石墨烯作为金属锂的保护层、聚丙烯腈(PAN)纳米纤维作为锂保护层，以及其他非金属元素掺杂的碳材料作为金属锂的保护层。但是上述保护层存在以下问题：一方面，保护层的亲锂性不高，无法有效的引导锂离子在保护层中传递；另一方面，保护层中锂沉积的活性位点分布不均或局部亲锂性过高，导致在充电过程中局部锂难以脱离，影响锂离子电池的性能。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种金属锂负极及其制备方法、锂离子电池和车辆，以使金属锂负极具有适中的亲锂性，进而改善锂离子电池的性能。

第一方面，本发明提供一种金属锂负极，包括：

锂金属基体；

以及保护层，保护层包覆在锂金属基体靠近电解液的一侧，保护层包括金属合金材料，金属合金材料包括钯、铂、金、银、钌、镍中任意两种或三种或四种元素。

作为可选的方案，金属合金材料在保护层中均匀分布，且金属合金材料的平均直径为1nm～10nm。

作为可选的方案，保护层的厚度为5um～10um。

作为可选的方案，金属合金材料为钯钌合金，钯钌合金中钯和钌的原子比为1:(0.3～3)。

作为可选的方案，金属合金材料为铂、金、银中的任意一种与镍形成的合金。

作为可选的方案，金属合金材料为铂、金、银、镍中的任意一种或者两种与钯钌合金形成的合金。

第二方面，本发明提供第一方面的金属锂负极的制备方法，包括如下步骤：

制备金属合金材料，金属合金材料是通过将钯碳颗粒、铂碳颗粒、金碳颗粒、银盐溶液、钌盐溶液、镍盐溶液中任意两种或三种或四种的混合液搅拌均匀并烘干后，经过热处理制备得到的；

配置浆料，浆料是通过研磨金属合金材料，并加入粘接剂搅拌均匀制备得到的；

制备金属锂负极，金属锂负极是将浆料均匀涂覆在锂金属基体上制备得到的。

作为可选的方案，热处理的条件：惰气氛下，温度为200℃～600℃，时间为3h～5h。

第三方面，本发明提供一种锂离子电池，包括第一方面所述的金属锂负极。

第四方面，本发明提供一种车辆，包括第三方面所述的锂离子电池。