[发明专利]锂二次电池的负极、其制备方法和锂二次电池

说明书

提供了一种锂二次电池的负极、其制备方法和包括该负极的锂二次电池。锂二次电池的负极包括由集流体、位于集流体两侧的锂带或锂合金带和位于集流体和锂带或锂合金带之间且与它们直接接触的碳质层形成的五层结构。

技术领域

本发明涉及二次电池的领域，尤其涉及一种制备工艺简单的二次电池负极及使用该负极的二次电池。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑、电动汽车等电器产品对高能量化学电源的需求，以及石油煤炭资源的不可再生及燃烧化石资源对环境的污染，高能量密度的二次电池成为研究的热点。目前以石墨为负极，磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等为正极的二次电池的比能量发展空间有限，几乎达到极限值。锂二次电池中，金属锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的比容量(3860mAh/g)，能满足电极材料高能量密度的要求，国内外很多科研院所和公司转向以锂为负极的二次电池的研发及应用。

发明内容

本申请的发明人在致力于采用锂带或锂合金带作为锂二次电池负极材料的研究中发现，虽然普遍认为将两种金属材料直接压力复合在一起，可以实现两者之间良好的接触和粘合，但是当将锂带或锂合金带作为负极材料直接复合在金属集流体(例如铜箔)上时，有可能存在一些地方粘合不紧的现象，造成负极材料和集流体之间传导电子能力弱，界面阻抗大，电池的容量降低。

为了解决上述问题，发明人进行了深入研究，结果发现：通过采用叠层复合结构，即，先在金属集流体表面形成碳质层(尤其是含有多孔碳质材料的碳质层)，再在其上复合锂带或锂合金带，不仅可以提高锂带或锂合金带与金属集流体之间的粘合性和电子传导能力，而且可以抑制锂枝晶的生长，提高电池的容量保持率。

本发明的一个方面提供一种锂二次电池的负极，所述负极包括由集流体、位于集流体两侧的锂带或锂合金带和位于集流体和锂带或锂合金带之间且与它们直接接触的碳质层形成的五层结构。

本发明的另一个方面提供一种制备上述负极的方法，包括：通过涂布法或者通过气相沉积法在集流体的两面上形成碳质层，再经压力复合，将锂带或锂合金带复合到碳质层上。

本发明的再一个方面提供一种二次电池，其包括上述的负极，优选所述的锂二次电池为锂硫电池、锂空气电池、锂聚合物电池或锂全固态电池。

根据本发明，在锂带或锂合金带与金属集流体之间设置了碳质层，该碳质层可以在保证锂带或锂合金带与金属集流体之间粘合性的同时提高电子传导能力，尤其是在采用多孔碳质材料的情况下，多孔碳质材料的比表面积大，增加了锂离子的沉积位点，降低了有效电流密度，有效地抑制锂枝晶的生长，提高电化学性能。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施方案的二次电池负极的正视图

图2为图1的成卷负极沿A-A线的剖面图。

图3显示了实施例1、2和3的二次电池循环性能测试图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的一个实施方案的二次电池负极的正视图。该负极为成卷形式，且为集流体两面复合形式，即，在集流体3的两面具有碳质层2；碳质层2的双面复合锂带或锂合金带1。

图2为图1的成卷负极沿A-A线的剖面图。需要指出的是，图1和图2中锂带或锂合金带1、碳质层2及集流体3的宽度可以任意化，不一定按图中比例，一般情况下，锂带或锂合金带及碳质层的宽度可以比集流体的宽度稍窄一些。

本发明中负极活性物质为金属锂或锂合金，以金属锂带或锂合金带的形式提供。金属锂带或锂合金带的厚度可以为0.02-0.20mm，优选20-50um。锂合金是由金属锂和至少一种其他元素构成，所述其他元素可以包括：镁、硼、铝、硅、铟、锌、银、钙、锰元素。所述其他元素的含量占锂合金总质量的0.1％～40％，优选1％～20％。