[发明专利]集流体及其制备方法、电极片和二次电池

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种集流体及其制备方法、电极片和二次电池。本发明提供的制备方法，包括：获取铜金属基底和镓基液态金属；将镓基液态金属涂覆在铜金属基底的表面，使得镓基液态金属与铜金属基底表面的铜发生合金化反应，制备表面形成有合金层的铜金属基底，合金层的材料为铜镓基合金。工艺简单，能耗低，绿色无污染，适合大规模生产。由此得到的集流体的表面形成有铜镓基合金，使得集流体表面具有均匀分布的镓活性位点，可在后续电池充放电过程中诱导碱金属离子在集流体表面进行均匀地沉积，从而有效抑制枝晶的形成和生长。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种集流体及其制备方法、电极片和二次电池。

背景技术

由于脱嵌离子电位低与利用率高等特点，基于金属锂负极与金属钠负极构造二次储能电池是碱金属离子电池的终极目标，也是目前碱金属离子电池研究的关注重点之一。然而，碱金属负极在充放电过程中，由于碱金属离子的还原极易在碱金属负极表面形成针状或树枝状的枝晶，例如锂枝晶或钠枝晶等。枝晶的存在可能会刺破隔膜并与正极发生接触，导致电池内部短路，产生热失效，引发自燃或者爆炸等风险；另一方面，枝晶结构疏松多孔，例如锂枝晶，容易脱落形成无电化学活性的“死锂”，损失容量。此外，由于枝晶的生长使得负极比表面积增大，大量消耗电解液形成固态电解质膜，造成电池容量衰减及循环寿命降低。因此，枝晶生长问题严重阻碍了新一代高能量密度二次碱金属电池的商业化应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种集流体及其制备方法，另一目的在于提供一种电极片和二次电池，旨在通过有效抑制枝晶生长，以提高电池的电化学性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种集流体的制备方法，包括以下步骤：

获取铜金属基底和镓基液态金属；

将所述镓基液态金属涂覆在所述铜金属基底的表面，使得所述镓基液态金属与所述铜金属基底表面的铜发生合金化反应，制备表面形成有合金层的铜金属基底，所述合金层的材料为铜镓基合金。

本发明提供的集流体的制备方法，通过利用镓基液态金属与铜之间的合金化反应，在铜金属基底表面形成铜镓基合金，工艺简单，能耗低，绿色无污染，适合大规模生产。由此得到的集流体的表面形成有铜镓基合金，使得集流体表面具有均匀分布的镓活性位点，可在后续电池充放电过程中诱导碱金属离子在集流体表面进行均匀地沉积，从而有效抑制枝晶的形成和生长，提高碱金属电池的电化学性能。

相应的，一种集流体，包括：铜金属基底以及设置在所述铜金属基底上的合金层，所述合金层的材料为铜镓基合金。

本发明提供的集流体，其表面形成有铜镓基合金，具有均匀分布的镓基活性位点，可在电池充放电过程中诱导碱金属离子在集流体表面进行均匀地沉积，从而有效抑制枝晶的形成和生长，提高电池的电化学性能。

相应的，一种电极片，包括：由前述制备方法制得的集流体或上述集流体，以及沉积在所述集流体上的金属层；所述金属层设置在所述合金层远离所述铜金属基底的表面。

本发明提供的电极片，采用上述集流体，可有效抑制电池充放电过程中枝晶的形成和生长，提高电池的电化学性能。

相应的，一种二次电池，包括上述电极片。

本发明提供的二次电池，采用上述电极片，具有良好的电化学性能。

附图说明

图1为实施例1制得的铟镓锡液态金属在常温下的形态图；

图2为实施例1中表面形成有铜铟镓锡合金层的铜箔的表面形态图；

图3为实施例1中铜铟镓锡合金层的表面20k倍SEM图；

图4为实施例4及对比例4得到的铜锂半电池的循环曲线图；