[发明专利]负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池

说明书

本发明涉及锂电池领域，特别涉及负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。利用高电流密度沉积过程中产生的氢气泡作为模板，形成含有Cu、Ni或Al元素中一种或几种组合的金属多孔结构，进一步将金属锂与具有金属多孔结构的铜箔或铝箔集流体在真空环境中加热至180‑220℃后，将金属锂涂覆在所述金属多孔结构之上，以使所述锂金属熔融填充所述金属多孔结构后，冷却得到所需含有锂金属的负极层。利用上述方法，可提高锂金属在所述负极层中的均匀性，从而可提高所述负极层的稳定性。具有上述负极层的锂电池电芯和锂电池可在锂离子迁移过程中，避免负极层的结构发生改变或坍塌，从而可延长锂电池电芯和电池的循环寿命。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。

【背景技术】

与传统电极相比，锂金属负极具有较高的理论容量(3680mAh/g)和较低的电化学势(－3.04V)。然而现有的金属锂电极易与现有电解液发生反应，在循环过程中容易生长锂枝晶、体积变化较大，安全性与循环性能存在缺陷。

一般金属锂负极均采用包覆的方式来保护锂金属负极，但是这种方法无法解决锂金属在使用过程中体积变化较大和产生死锂区的问题。本发明提供了一种具有充放电过程中体积变化小、离子电导率与电子电导率较高、稳定性较好、循环寿命长的锂金属负极。

【发明内容】

为克服现有负极层及锂电池性能不佳的问题，本发明提供了一种负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。

本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种负极层制备方法，其包括以下步骤:步骤Q11，提供Cu、Ni或Al元素中一种或几种组合的金属或金属化合物集流体为工作电极基底；步骤Q12，提供包括与基底匹配的Cu、Ni或Al元素中一种或几种组合的金属或金属化合物作为阳极；步骤Q13，将工作电极基底与阳极置入含有Cu、Ni或Al元素中一种或几种组合的溶液中并通入电流，以电沉积过程产生的氢气泡为模板，在工作电极基底上沉积形成含有Cu、Ni或Al元素中一种或几种组合的金属多孔结构；及步骤Q14，将锂金属与金属多孔结构置于真空环境中加热至180-220℃，将锂金属涂覆在所述金属多孔结构表面以使所述锂金属熔融填充所述金属多孔结构后，冷却得到所需含有锂金属的负极层。

优选地，所述负极层制备方法进一步包括：以Cu箔或Al箔集流体作为工作电极基底，利用紫铜片或铝合金片作为阳极，置入含有CuSO₄或Al₂(SO₄)₃溶液中，其中通入的电流为0.6-8A·cm^-2，溶液温度为20-70℃，其浓度为0.2-2mol·L^-1，以在工作电极基底上沉积形成Cu或Al的金属多孔结构。

优选地，所述负极层制备方法进一步包括：提供一Cu箔集流体并在其表面沉积形成Ni金属层，以作为工作电极基底；在步骤Q13进一步包括：以在Cu箔上的Ni金属层为工作电极基底，以AlNi合金为阳极，置入含有Ni金属元素的溶液中，其中通入的电流为0.6-8A·cm^-2，溶液温度为20-70℃，其浓度为0.2-2mol·L^-1，以在工作电极基底上沉积形成AlNi合金的金属多孔结构。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种负极层，其包括金属多孔结构及熔融填充于金属多孔结构的孔隙中的锂金属，所述金属多孔结构采用如权利要求1中所述负极层制备方法制备获得。

优选地，所述金属多孔结构的孔径大小为10nm-1μm，所述金属多孔结构中孔隙率为10％-90％。

优选地，所述负极层的厚度为5-10μm。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池电芯，其包括负极结构，所述负极结构包括一集流体及采用如上所述负极层制备方法在集流体表面形成的负极层。