[发明专利]锂含量梯度分布的锂负极及其制备方法、锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂含量梯度分布的锂负极及其制备方法、锂二次电池，属于锂负极技术领域。本发明的锂含量梯度分布的锂负极，包括集流体和设置在集流体表面的负极涂层，负极涂层包括含锂材料和混合电导材料，负极涂层中的含锂材料的含量由内向外呈梯度降低分布，负极涂层中的混合电导材料由内向外呈梯度升高分布；含锂材料为金属锂和/或金属锂合金；负极涂层由至少两层的梯度涂层组成；或者，负极涂层由至少两层的梯度涂层与含锂材料层、混合电导材料层中的至少一层组成。靠近集流体侧的梯度涂层中的含锂材料含量高，可提高锂负极的能量密度；靠近电解质侧的梯度涂层中的混合电导材料含量高，为金属锂沉积提供位点，有效抑制锂枝晶的形成与生长。

技术领域

本发明涉及一种锂含量梯度分布的锂负极及其制备方法、锂二次电池，属于锂负极技术领域。

背景技术

电池作为储能设备不仅带来了便携电子行业的发展，也带动了新能源汽车的快速兴起，已经成为现代社会发展不可或缺的核心部件。锂离子电池因具有高能量密度、高功率密度、长寿命、无记忆效应等优点成为便携式电子设备与新能源汽车用电池的首选。随着电子设备的进步及新能源汽车的发展普及，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。金属锂由于具有最负的电位和极高的比容量(3860mAh/g)而成为高能量密度锂电池的终极选择，但金属锂负极在电化学反应过程中的体积膨胀收缩与锂枝晶问题限制了金属锂负极的商业化应用。

锂枝晶是锂离子负极多次沉积/析出过程中出现的树枝状的锂沉积物。锂枝晶的生长将刺穿隔膜，引发电池短路，且锂枝晶会增加电解液与金属锂的副反应，消耗锂活性物质，降低电池利用率，脱离集流体的锂枝晶形成的死锂的出现会减少可利用的活性物质，降低电池的效率和循环寿命，造成负极容量的下降。同时，金属锂负极在充放电过程中会进行膨胀收缩，引起SEI膜破裂和重复生长，进而导致锂负极的不可逆消耗，库仑效率降低，此外，破裂失效的非电子导电SEI膜包埋到金属锂体相中后，因其物理隔离作用还会造成锂的粉化，并加速“死锂”的形成。

将金属锂与其它材料复合制备复合金属锂负极对于金属锂负极的体积膨胀收缩与锂枝晶形成生长问题具有重要的改善作用。例如，在中国专利CN109841811A公开了一种由锂与共混剂在180～400℃下制得的锂基负极材料，但该锂基负极材料得到的锂负极无法在保证锂负极能量密度的同时，充分缓解锂负极的体积膨胀和锂枝晶问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种锂含量梯度分布的锂负极，该锂含量梯度分布的锂负极既能够充分发挥锂负极的能量密度，又能够缓解锂负极体积膨胀和锂枝晶的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种锂含量梯度分布的锂负极的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种锂二次电池。

本发明的技术方案如下：

一种锂含量梯度分布的锂负极，包括集流体和设置在集流体表面的负极涂层，所述负极涂层包括含锂材料和混合电导材料，负极涂层中的含锂材料的含量由内向外呈梯度降低分布，负极涂层中的混合电导材料由内向外呈梯度升高分布；所述含锂材料为金属锂和/或金属锂合金；其中，所述负极涂层由至少两层的梯度涂层组成，每层梯度涂层包括含锂材料和混合电导材料；或者，所述负极涂层由至少两层的梯度涂层与含锂材料层、混合电导材料层中的至少一层组成，每层梯度涂层包括含锂材料和混合电导材料。

设置在集流体表面的负极涂层指的是，集流体的一侧表面或两侧表面设置有负极涂层。

当负极涂层由至少两层的梯度涂层组成时，至少两层的梯度涂层中与集流体邻近的梯度涂层为内，远离集流体的梯度涂层为外。因此，至少两层的梯度涂层中的含锂材料的含量由内向外呈梯度降低分布指的是，靠近集流体的梯度涂层中的含锂材料的含量较高，远离集流体的梯度涂层中的含锂材料的含量较低。至少两层的梯度涂层中的混合电导材料由内向外呈梯度升高分布指的是，靠近集流体的梯度涂层中的混合电导材料的含量较低，远离集流体的梯度涂层中的混合电导材料的含量较高。