[发明专利]一种多孔铝箔负极及其制备方法和锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池技术领域，特别是涉及一种多孔铝箔负极及其制备方法和锂二次电池。

背景技术

2016年，中国科学院深圳先进技术研究院在新型高效电池研究方面取得突破性进展，开发了一种全新的铝-石墨双离子电池技术，该研究成果发布在《Advanced Energy Materials》上(DOI:10.1002/aenm.201502588)，该新型高效电池体系利用铝箔作为负极片，铝箔同时充当集流体和负极活性材料，由于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，但该电池体系在工作过程中存在铝箔体积膨胀和电解液兼容性的问题，从而影响充放电效率、循环性能以及安全性能。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供了一种多孔铝箔负极，该多孔铝箔负极可应用于以铝箔同时作为集流体和负极活性材料的新型电池体系中，其可以有效解决电池膨胀问题，且可以有效降低电解液在电池充放电循环过程中固体电解质膜被破坏而分解的问题，以及解决由于铝箔毛刺刺破隔膜导致的短路问题，进而提高电池的充放电效率、循环性能以及安全性能。

具体地，第一方面，本发明提供了一种多孔铝箔负极，包括多孔铝箔，所述多孔铝箔上设有均匀排布的多孔孔洞，以相邻三个孔洞的中心连线构成的三角形区域为最小单元，每个所述最小单元中孔洞的面积占比均为10％-79％，所述多孔铝箔的边缘与最外围的多孔孔洞之间的距离为0.1mm-10mm。本发明中所述多孔铝箔负极中，所述多孔铝箔同时充当集流体和负极活性材料。

众所周知，目前锂离子电池正负极片活性物质根据材料储锂能力按照一定的比例，通过涂布方式均匀地涂覆在正负极集流体上。正负极活性物质涂覆不均一的时候，负极表面容易出现锂金属沉积，甚是锂枝晶产生，劣化电池的容量和循环性能，并且电池会存在安全隐患问题。可见电池极片活性材料涂覆均匀性和一致性是电池电性能和安全性能的关键因素，因此在锂电池制造过程中，需要严格控制正负极片活性物质涂覆的均匀性。同样在以多孔铝箔同时作为集流体和负极活性材料的新型锂离子电池体系中，也需要严格控制多孔铝箔的均一性，所以多孔铝箔的孔径的大小和孔分布的均匀性是决定其能否作为负极活性材料兼集流体的硬性指标。本发明中，以相邻三个孔洞的中心连线构成的三角形区域为最小单元，每个所述最小单元中，孔洞的面积占比均为10％-79％；进一步可选地，孔洞的面积占比均为25％-60％。本发明中，优选地，每个最小单元的孔洞面积占比相等。

最小单元的孔洞面积占比决定了多孔铝箔负极能承受的嵌锂体积膨胀大小，因此可根据预设计的电池中多孔铝箔负极分别充当集流体和活性物质的面积占比而设定。具体地，由于锂离子嵌入铝箔形成铝锂合金时，其体积膨胀达97％，因此本发明按铝锂合金化时一倍体积变化率进行预留空间设计。即若预设计的电池中，最小单元内多孔铝箔负极充当活性物质的面积占比为20％，充当集流体的面积占比为20％-60％，则最小单元内的孔洞面积占比可优选设置为20％，或者大于20％，如20％-60％，从而为锂离子嵌入铝箔形成铝合金带来的体积变化提供预留空间。

目前机械加工得到的大尺寸多孔铝箔，在分切成极片时，铝箔边缘会因为孔被破坏而毛片，出现大量的毛刺。当组装成电池时铝箔毛刺会刺破隔膜形成短路，影响电池性能。本发明通过将多孔铝箔负极的边缘预留一定距离不设置孔洞，可以有效避免毛片和毛刺的产生，提高电池稳定性和安全性。本发明中，进一步可选地，所述多孔铝箔的边缘与最外围多孔孔洞之间的距离为2mm-5mm。

本发明中，所述多孔铝箔上，以相邻两横排的相邻三个孔洞的中心连线构成的等腰三角形区域为最小单元，且每个最小单元的孔洞面积占比相等。进一步可选地，横向任意相邻的两个孔洞的间距相等，纵向任意相邻的两个孔洞的间距相等。

可选地，横向任意相邻的两个孔洞的间距与纵向任意相邻的两个孔洞的间距相等。可选地，横向任意相邻的两个孔洞的间距与相邻两横排的间距相等。

可选地，所述多孔铝箔的多孔孔径为20nm-2mm。进一步地，多孔孔径为50μm-1.5mm。进一步优选地，多孔孔洞的孔径大小相等。

本发明中，所述多孔铝箔的多孔孔洞的形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形、棱形、三角形、多边形、五角星、梅花形等，形状不作限制。孔洞的边长越大，越有利于锂离子的嵌入。