[发明专利]一种复合负极、固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合负极，包括负极集流体和活性层，所述活性层包括液态合金，所述液态合金的主要成分为Ga_xIn_ySn_zM_w，其中，M选自Bi、Pb、Cd、Zn、Tl中的一种或几种，x+y+z+w=1，0.5x0.999，0≤y0.5，0≤z0.3，0≤w0.2。该复合负极应用到锂电池中时，使得锂电池中锂枝晶生长刺穿固态电解质层的问题可得到很好的解决，且可持久的保护电池避免锂枝晶带来的内短路问题。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种复合负极、固态锂电池及其制备方法。

背景技术

锂电池有着能量密度高、循环性能好等优点而被广泛应用，然而由于采用液态有机溶剂用作电解液，会造成电池漏液、鼓气、起火等，给电池体系带来较为严峻的安全隐患。固态锂电池因采用固态电解质替代现有电池中使用的有机液态电解液，从而可大大提高电池的安全性能。

然而，固态锂电池中也会存在锂枝晶的生长问题，在电池循环中，由于高倍率充电或锂离子在电池负极表面沉积不均匀，使得负极会出现枝状的锂金属，即锂枝晶，其在锂离子沉积过程中，会沿着固态电解质颗粒的缝隙或者颗粒边界逐渐生长，从而会刺穿固态电解质层连接正负极，使得电池存在内短路的风险。针对此问题，现有技术中常选用三维结构的集流体用作负极集流体，或直接将负极活性材料制备成三维结构，如多孔结构，此三维结构可使得锂金属沉积更加均匀，可减少锂枝晶的生长概率，但是，在大电流密度或高过电势的情况下，锂枝晶生长问题仍然严重；此外，还可采用在负极与固态电解质层间设置保护层或缓冲层的方法，进行缓解锂枝晶的生长，但是，随着锂枝晶以及反反应副产物的出现，这些保护层或缓冲层会逐渐失去效用，导致并不能持久防止锂枝晶带来的电池内短路问题。

发明内容

为解决锂电池中锂枝晶的生长以及其带来的电池内短路的技术问题，本发明提供了一种复合负极、固态锂电池及其制备方法，该复合负极的采用，使得锂电池中锂枝晶生长刺穿固态电解质层的问题得到了很好的解决，且可持久的保护电池避免锂枝晶带来的内短路问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种复合负极，包括负极集流体和活性层，所述活性层包括液态合金，所述液态合金的主要成分为Ga_xIn_ySn_zM_w，其中，M选自Bi、Pb、Cd、Zn、Tl中的一种或几种，x+y+z+w=1，0.5x0.999，0≤y0.5，0≤z0.3，0≤w0.2。

与现有技术相比，本发明所提供的负极中含有液态合金，即在常温下呈现液态，其熔点不高于40℃，且相对于固态而言，液态有着更小的空间位阻，因而该负极用作锂电池负极时，负极生长的锂枝晶会优先选择在液态合金中生长，而不会选择朝向固态电解质中生长，从而可有效降低因锂枝晶生长导致电池内短路的概率，从而大大提高了电池的安全性能；不仅如此，该液态合金还有着极好的锂离子传输性能，且本发明所提供的负极中的液体合金靠近固态电解质放置，相较于负极中的固态物质与固态电解质接触而言，液态合金与固态电解质层的接触性更好，更有利于锂离子的传输；此外，液态合金还具有优异的电子导电性，同时有助于电子的传输，使得负极能够快速的进行电化学反应，降低负极阻抗，从而有助于提高和改善电池的整体性能。

第二方面，本发明提供了一种固态锂电池，包括正极、固态电解质和上所述的复合负极。