[发明专利]一种锂电池用铜箔电极

说明书

本发明公开了一种锂电池用铜箔电极，所述铜箔电极包括集流体多孔铜箔、负极活性物质与阻挡层；其中负极活性物质负载于集流体多孔铜箔的一侧；集流体多孔铜箔的另一侧、即与集流体多孔铜箔负载活性物质一侧的相对面，阻挡层紧密贴合于集流体多孔铜箔；阻挡层为石墨烯。集流体多孔铜箔通过孔的存在，有效的提高了集流体的表面积，也降低了电池的总质量，从而可以降低电流密度，抑制锂枝晶的生长，同时孔的部分也可以为锂的沉积生长提供空间。本发明将阻挡层紧密贴合在多孔铜箔背离隔膜的一侧，一定程度上解决了由于集流体多孔铜箔孔的存在、在使用过程中会有一定的锂离子穿过孔从而放电沉积在电池壳上，使电池有效容量下降的技术问题。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及到一种新型的锂电池用铜箔电极。

背景技术

目前商业锂电池大致可分为两类： 锂离子电池和锂金属电池。

锂离子电池是主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液组成，锂离子以电解液为介质在正负极之间运动，实现电池的充放电。其中负极的性能是决定锂离子电池优良的关键。锂离子电池的负极由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合形成胶合剂涂抹于集流体铜箔上，经干燥、滚压而成。由于多孔铜箔质量更小，减轻了电池本身的质量；且多孔铜箔可以负载更多的负极材料，因此在锂离子电池中，多孔铜箔作为集流体的应用会越来越广泛。

锂金属电池以金属锂为负极活性物质，金属锂被称为是电池界的“圣杯”负极。在上世纪九十年代，随着石墨负极的成功商用推广，金属锂负极被搁置。但是，随着近些年高能量密度锂硫和锂氧电池的巨大潜力，锂金属电池重新受到了人们的关注。但是锂金属电池的负极在应用时，往往会在充放电过程中产生锂枝晶，刺穿隔膜造成电池短路，从而使使用寿命降低，严重时可能会引发爆炸；另外，锂枝晶的生长会导致库伦效率下降，形成所谓的“死锂”。因此锂金属电池中，如何抑制锂枝晶的形成是相当重要的研究课题。在过去的四十年里，人们对金属锂的形核和沉积模型认识不断加深，人们开发了多种策略来抑制枝晶生长。其中负极集流体采用多孔铜箔就是抑制枝晶生长的方法之一，多孔结构可以负载更多的负极材料金属锂，还可调节锂离子沉积过程中的分布情况，使其均匀分布，在抑制枝晶的生长同时，多孔结构还能够缓解在充放电过程中的体积膨胀问题，从而在嵌锂的过程中保持良好的尺寸和机械稳定性。

然而在实际应用中，多孔铜箔作为集流体，孔的存在会使锂穿越铜箔，在铜箔背面沉积形成死锂，降低容量。因此需要解决多孔铜箔的锂穿越问题。

发明内容

本发明提供了一种新型的锂电池用铜箔电极，可以较好地解决多孔铜箔的锂穿越问题，提高电池有效容量。

一种锂电池用铜箔电极，包括集流体多孔铜箔、负极活性物质与阻挡层；其中活性物质负载于集流体多孔铜箔的一侧；集流体多孔铜箔的另一侧，即与集流体多孔铜箔负载活性物质一侧的相对面，阻挡层紧密贴合于集流体多孔铜箔；阻挡层为石墨烯；作为优选，石墨烯的层数在1~5层之间。作为优选，集流体多孔铜箔的厚度在8μm-20μm之间，且分布有直径为50μm-500μm的圆孔。

在上述极片中，集流体多孔铜箔通过孔的存在，有效的提高了集流体的表面积，也降低了电池的总质量，从而可以降低电流密度，抑制锂枝晶的生长，同时孔的部分也可以为锂的沉积生长提供空间。本发明的技术方案将阻挡层紧密贴合在多孔铜箔背离隔膜的一侧，一定程度上解决了由于集流体多孔铜箔孔的存在、在使用过程中会有一定的锂离子穿过孔从而放电沉积在电池壳上，使电池有效容量下降的技术问题。本发明之所以选择石墨烯作为阻挡层是基于如下3点考虑：

1、石墨烯非常薄，且密度低，即使是5层厚度的石墨烯也仅1nm厚，几乎不增加极片总厚度和总质量，因此对电池的装填密度不产生降低效果；

2、石墨烯导电性非常高，使得铜箔收集的电子很容易穿越阻挡层传导至电池壳体，不增加电池内阻；