[发明专利]一种用于锂-过渡金属氧化物电池的负极及制备方法

说明书

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种用于锂‑过渡金属氧化物的电池及制备方法。所述电池的负极表面会原位生成能够提升电池负极界面稳定性的含氟保护层。制备方法包括骤：正极制备；负极制备：将锂带裁切后固定，使用油压机将铜极耳压合在锂片上，并将锂带被铜极耳覆盖的一侧压上相同尺寸和厚度的锂带进行补锂；负极处理：将聚偏二氟乙烯完全溶解在N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中形成溶液；取一定量溶液通过刮刀均匀地覆盖在步骤二的金属锂负极上，然后将金属锂负极在真空状态下完全干燥，负极表面原位生成含氟保护层；然后制备成锂二次软包电池。锂电池在循环过程中实现金属锂的均匀溶解与沉积，从而实现电池循环界面稳定性及长循环寿命。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种用于锂-过渡金属氧化物电池的负极及制备方法。

背景技术

近年来，随着能源需求多样化的发展，对高能量密度、长循环寿命能源存储系统提出了更高的要求。锂离子电池曾被认为是合适的能源储存候选者，但是随着研究的进展，其能量密度已经接近理论值。金属锂具有最高的理论容量(3860mAh/g)和最负的电化学电位(-3.04V)。与现有的锂离子电池负极材料相比，金属锂负极在满足高能量密度需求方面具有巨大潜力。尽管金属锂负极呈现出优越的理论容量和能量密度，但其在应用过程中由于界面的不稳定性存在以下问题：(1)锂枝晶生长带来的安全性问题；(2)不可逆的副反应导致活性材料的快速损失和电池阻抗的快速增加；(3)金属锂“无宿主”的性质导致电极的粉化，在循环过程中造成无限制的体积膨胀和收缩。因此通过在金属锂负极表面使用特定方法原位生成含氟保护层，界面相中氟元素无论是以简单的无机氟化物(LiF)，还是以有机氟的形式存在，都对电池的电化学性能产生了积极的影响。通过含氟界面保护层的构建从而获得界面稳定效果良好且易于实现扩大应用的金属锂负极保护方案。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明而提供了一种用于锂-过渡金属氧化物电池的负极及制备方法。所述电池的负极具有界面保护层，该保护层是通过特定方法在金属锂负极原位生成含氟界面，通过含氟界面的保护作用，含有该界面保护层的锂电池在循环过程中实现金属锂的均匀溶解与沉积，从而实现电池循环界面稳定性及长循环寿命。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种用于锂-过渡金属氧化物电池的负极，所述电池包括正极活性材料、负极、电解液以及隔膜；所述负极的表面会原位生成能够提升电池负极界面稳定性的含氟保护层。

进一步，一种用于锂-过渡金属氧化物电池，所述电池含有所述负极。

进一步，上述用于锂-过渡金属氧化物的电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、正极制备：将正极活性材料、导电剂、粘接剂通过匀浆机均匀的分散在适量NMP溶剂中；将分散均匀的浆料涂覆在铝箔集流体上制备成正极，经分切碾压后获得正极极片；

步骤二、负极制备：将一定厚度的锂带裁切后在固定位置使用油压机将铜极耳压合在锂片上，并将锂带被铜极耳覆盖的一侧压上相同尺寸和厚度的锂带进行补锂，以避免铜极耳覆盖处的容量损失；

步骤三、负极处理：将聚偏二氟乙烯完全溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中形成溶液；取一定量溶液通过刮刀均匀地覆盖在步骤二的金属锂负极上，然后将金属锂负极在真空状态下完全干燥，负极表面原位生成含氟保护层；

步骤四、电池制备及测试：以叠片的方式按金属锂负极、锂电池隔膜、正极的顺序依次叠制获得锂二次电池电芯，然后制备成锂二次软包电池。

进一步，步骤一中正极活性材料为97wt％的高镍三元；导电剂为1wt％的导电碳黑和0.5wt％导电剂碳纳米管；粘接剂为1.5wt％的PVDF；其中PVDF在NMP溶剂中的占比为5wt％。

进一步，步骤二中锂带厚度为0.075mm。