[发明专利]一种锂电池负极及其制备方法、锂电池

说明书

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种锂电池负极，包括锂片以及原位生成于所述锂片表面的具有贝壳类结构的复合材料层，所述复合材料层由带电负性的无机纳米片以及电解液中的锂离子共沉积而得。带有电负性的无机纳米片吸附大量的锂离子，在电场作用下伴随着锂离子迁移，在锂离子还原的过程中参与沉积并诱导锂沉积，从而消除锂枝晶的生长。另外，本发明还涉及一种所述锂电池负极的制备方法以及一种含有所述锂电池负极的锂电池。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种锂电池负极及其制备方法、锂电池。

背景技术

随着全球社会经济的发展以及传统能源(煤、石油、天然气等)的日益枯竭，新型储能技术尤其是锂离子二次电池由于对环境友好、可循环使用等特点得到快速的发展，并普遍应用于人们的生活方方面面。然而目前锂离子电池能量密度已经发展到瓶颈，无法进一步得到提高。金属锂由于其超高的理论容量(3860mAh/g)，较低的密度(0.534g/cm³)以及最低的还原电势(-3.04V)被认为锂电池负极的圣杯。然而锂金属电池在实际应用过程中遇到严重的问题，主要是因为锂离子在电池的充放电过程中会有锂枝晶的生成，从而引发库伦效率低，容量衰减，循环寿命短等问题。

目前多采用外部手段抑制锂枝晶的形成，常用的方法有：1)隔膜修饰，通过涂覆的手段将无机物包覆在隔膜的表面；2)改变锂离子的分布，提高锂离子的均匀分布，进而锂成核均匀，减少枝晶的形成；3)电解液添加剂，提高锂金属表面固态电解质膜(SEI)的稳定性、强度和离子电导率。

除上述几种常用的方法外，业内还有采用三维集流体、锂表面修饰、固态电解液质等一系列手段来抑制枝晶的形成，但是关于如何诱导锂的原位成长行为目前报道较少。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种复合金属锂材料的制备方法，避免锂电极在沉积过程出现枝晶形貌，提高电池的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂电池负极，包括锂片以及原位生成于所述锂片表面的具有贝壳类结构的复合材料层，所述复合材料层由带电负性的无机纳米片以及电解液中的锂离子共沉积而得。

作为本发明所述的锂电池负极的一种改进，所述无机纳米片的厚度为1.5nm～15nm。优先选择纳米片的厚度在1.5nm和15nm之间，因为无机纳米片可以比较均匀的分散于电解液中。无机纳米片的厚度过厚，其会在电解液中沉淀，不能均匀的分散在电解液中，不能参与电沉积过程。

作为本发明所述的锂电池负极的一种改进，所述无机纳米片在所述电解液中的含量为0.0125～0.5wt％。无机纳米片的含量过少不足以沉积形成厚度均匀的复合材料层，也就不能较好的改善负极锂枝晶的的问题。

作为本发明所述的锂电池负极的一种改进，所述无机纳米片由层状无机材料经过液相剥离而得，所述层状无机材料包括蛭石、蒙脱土、高岭土、膨润土和云母粉中的至少一种。层状无机材料包括但不限于所列举的几种物质，优选以上几种物质是因为其来源丰富、价格便宜，而且剥离工艺简单。

本发明的目的之二在于：提供一种锂电池负极的制备方法，包括以下步骤：

以锂片作为负极，以铜片或至少一面涂覆有正极活性材料的铝箔作为正极，封装成锂电池；

往电解液中加入带电负性的无机纳米片，并将所述电解液注入所述锂电池中；

所述无机纳米片参与锂离子沉积过程，在所述锂片表面形成具有贝壳类结构的复合材料层，得到锂电池负极。

作为本发明所述的锂电池负极的制备方法的一种改进，在所述无机纳米片加入到所述电解液之前，所述无机纳米片先冷冻干燥，然后在真空条件下以100～120℃的温度下烘干10～15h。在无机纳米片加入电解液前先进行干燥处理，以避免往电解液中带入水分，影响电池性能。