[发明专利]一种超轻质复合负极及含有该负极的锂离子电池

说明书

本发明提供一种超轻质复合负极，属于锂离子电池技术领域，具体技术方案为：一种超轻质复合负极，其特征在于：包括高分子多孔聚合物膜，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和/或储锂涂层，所述真空镀层的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。所述超轻质复合负极具有质量轻、厚度薄、比容量高、力学性能佳、加工性能好的特点，可应用于高能量密度锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种超轻质复合负极及含有该负极的锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池在动力和数码等领域的应用，常规碳基负极材料已经不能满足市场对于锂离子电池能量密度的更高要求。锂金属负极具有高比容量(3860mAh/g)和低还原电位的优点，在全固态锂电池、锂硫电池中具有良好的应用前景。受制于工程技术原因，现有锂金属负极存在加工困难的技术问题，很难做到超薄超轻。由于金属锂自身的机械强度较差，锂金属负极通常压延涂布在金属铜带上，由于铜的密度较高，锂离子电池的能量密度会大幅降低。

锂金属负极的应用研究主要从锂离子的均匀电化学沉积/剥离和锂金属负载体改性等方面进行。为改善锂离子在锂金属负极表面的沉积均匀性，提高锂离子电池的能量密度及电化学性能。申请号为CN201710890899.2的中国发明专利申请公开了一种锂铜复合负极箔片的制备方法，采用间隔式局部压力增强的方法将锂金属箔片均匀粘附在铜箔表面上，制备锂铜复合负极，但是该发明中负极存在质量偏重的情况。申请号为CN201410714366.5的中国发明专利申请公开了一种高强度超薄复合锂箔及其制作方法，其将锂金属与纤维加热混合碾压成型，制备复合锂金属负极，但是该专利申请中锂金属负极力学性能提升有限，影响其加工效果。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种超轻质复合负极，制得的负极具有质量轻、厚度薄、比容量高、力学性能佳、加工性能好的特点，可应用于高能量密度锂离子电池。

本发明的第二个目的是提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有超轻质复合负极。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和/或储锂涂层，所述真空镀层的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。

进一步的，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和储锂涂层，所述真空镀层镀在高分子多孔聚合物膜上得到复合体Ⅰ，所述储锂涂层涂覆在所述复合体Ⅰ上。

进一步的，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和储锂涂层，所述储锂涂层涂覆在高分子多孔聚合物膜上得到复合体Ⅱ，所述真空镀层镀在所述复合体Ⅱ上。

进一步的，所述高分子多孔聚合物膜的聚合物材料密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm³，则应满足ρ(1-α)<0.534。

进一步的，所述储锂涂层的厚度为0.1～10um。

进一步的，所述真空镀层的厚度为1～100nm。

进一步的，所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。

进一步的，所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。