[发明专利]负极保护层及制备方法、负极和锂离子电池

说明书

本发明公开了用于锂离子电池的负极保护层及制备方法、负极和锂离子电池。保护层基体，所述保护层基体由聚合物构成；锂盐；以及填料颗粒，所述填料颗粒是经过官能化处理的。该负极保护层中添加了经官能化处理的填料颗粒，因此可以在降低保护层厚度的同时保证柔韧度和机械强度，且防锂枝晶效果较好，可以有效地降低“死锂”的产生，并防止由于枝晶刺穿隔膜而导致的短路。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，涉及负极保护层及制备方法、负极和锂离子电池。

背景技术

固态电池由于其内部不存在电解液，可以避免了因为电解液的泄露等问题而造成的安全隐患，同时固态电池具有能量密度高、无记忆效应等优点，受到研究人员的广泛关注。固态电池内部结构可以简单地分为正极、电解质和负极，其中负极是固态电池的一个重要组成部分，负极材料的好坏直接影响整个电池的性能。以锂金属作为负极是目前研究的一个热点，但是锂枝晶的产生在容易造成短路的同时也会导致负极“死锂”的产生，使得电池循环容量降低，因此需要对负极锂金属进行有效地保护，抑制锂枝晶生长。

因此，目前的负极保护层及制备方法、负极和锂离子电池仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：

虽然在锂负极表面覆盖一层保护层可以抑制锂枝晶的生长，有效地防止电池的短路，但是为了减小电池本身的本体阻抗和界面阻抗，需要制备较薄且柔韧度和机械强度较高的保护层，而柔韧性好、机械强度高的保护层较薄难以实现，即使制备出了较薄的保护层，其柔韧度和机械强度差，因此抑制锂枝晶的效果不佳。

有鉴于此，本申请提出了一种用于锂离子电池的负极保护层，该负极保护层中添加了经官能化处理的填料颗粒，因此可以在降低保护层厚度的同时保证柔韧度和机械强度，且防锂枝晶效果较好，可以有效地降低“死锂”的产生，并防止由于枝晶刺穿隔膜而导致的短路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于锂离子电池的负极保护层，其特征在于，包括：保护层基体，所述保护层基体由聚合物构成；锂盐；以及填料颗粒，所述填料颗粒是经过官能化处理的。

进一步的，所述保护层基体包括PEO、PVDF-HFP、PPC、PAN、PEGDMA、PEGMEA、PMMA以及PEG的至少之一。

进一步的，所述填料颗粒包括微米颗粒以及纳米颗粒的至少之一。

进一步的，所述官能化处理包括氨基化、羧基化、羟基化以及磺酸化的至少之一。

进一步的，所述填料颗粒包括SiO₂、Al₂O₃、ZnO₂、氧化石墨、石墨烯以及碳纳米管中的至少之一。

进一步的，所述锂盐包括LiFSI、LiTFSI以及LiClO₄的至少之一。

进一步的，包括：无机固态电解质，所述无机固态电解质包括LLZO、LLZTO、LGPS以及LPSCl的至少之一。

进一步的，所述填料颗粒以及所述保护层基体之间的质量比为(1:99)～(75:25)。

进一步的，所述填料颗粒以及所述保护层基体之间的质量比为(10:90)～(50:50)。

进一步的，所述保护层基体以及所述锂盐的质量比为(2:1)～(4:1)。

进一步的，所述负极保护层的厚度为5～50微米。

进一步的，所述负极保护层的厚度为5～20微米。

相对于现有技术，本发明所述的负极保护层具有以下优势：