[发明专利]一种复合镍极耳及其应用

说明书

本发明公开了一种复合镍极耳，其包括镍金属基体，所述镍金属基体的两个侧面上沉积有二元氮化物层；所述二元氮化物层由氮化铁钽、氮化铁铝、氮化铁钛、氮化铁铜、氮化铁锆和氮化锆铜中的至少一种构成。本发明的复合镍极耳对金属锂具有良好的润湿性，焊接时能与锂金属熔体完全融合，并表现出良好的结合力，有效避免了因结合力差而产生的界面阻抗大的问题，最终实现锂金属电池优良的电化学性能。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种复合镍极耳及其应用。

背景技术

金属锂拥有高的理论比容量(3860mAh/g)，是传统石墨负极理论比容量的十倍以上。因而，以金属锂为负极的锂金属电池受到工业界和学术界的广泛关注。同时，将金属锂与廉价的硫磺匹配组成的锂硫电池呈现超高的能量密度(2600Wh/kg)，被认为是下一代最有前途的储能器件。

目前，商业化锂电池的负极极耳通常为镍或铜镀镍极耳。由于铜、镍与锂金属的润湿性很差，采用常规的直流电焊或超声焊接的方式很难将锂负极与镍或铜镀镍极耳焊接在一起，这使得锂金属负极极耳焊接成为制约锂金属电池发展的一个关键瓶颈。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种复合镍极耳及其应用。

为实现其目的，本发明采取的技术方案包括以下几方面：

第一方面，本发明提供了一种复合镍极耳，其包括镍金属基体，所述镍金属基体的两个侧面上沉积有二元氮化物层；所述二元氮化物层由氮化铁钽、氮化铁铝、氮化铁钛、氮化铁铜、氮化铁锆和氮化锆铜中的至少一种构成。焊接时，本发明的二元氮化物可与锂金属发生化学反应，反应过程如下：M₁M₂N₃+Li＝M₁+M₂+LiN₃。反应生成的LiN₃紧密附着在金属锂上，从而提高锂金属与极耳之间的润湿性和结合力，有效避免了金属锂负极与传统镍极耳焊接过程中存在的结合力差及界面阻抗大的问题，提升了锂金属电池的电化学性能。

优选地，所述二元氮化物层由磁控溅射和/或化学气相沉积的方法沉积而成。

优选地，所述镍金属基体的厚度为3～600μm。进一步优选地，所述镍金属基体的厚度为10～250μm。再进一步优选地，所述镍金属基体的厚度为15～50μm。镍金属基体太薄，在溅射或沉积过程中会容易变形。镍金属基体太厚，会容易导致极耳过重，不利于电池能量密度的发挥，同时溅射或沉积过程中产生的热量容易在基体上累积，使溅射或沉积不均匀。而厚度为15～50μm的镍金属基体具有较好的使用效果，不会导致极耳过重，不易变形，且能使氮化物层溅射或沉积均匀。

优选地，所述二元氮化物层的厚度为50nm～10μm。进一步优选地，所述二元氮化物层的厚度为0.1～10μm。再进一步优选地，所述二元氮化物层的厚度为0.5～5μm。二元氮化物层太薄会导致与锂的反应层较薄，润湿效果不明显。二元氮化物层太厚会造成比较费时的同时又容易脱落，造成结合力差。而厚度为0.5～5μm的二元氮化物层在溅射或沉积形成时所需耗费的时间较短，且其对金属锂具有较好的润湿效果，能与锂完全融合，结合力强，不易脱落。

第二方面，本发明提供了所述复合镍极耳的应用，具体是所述复合镍极耳在含锂金属负极的电池中的应用。

第三方面，本发明提供了一种电池，其包括锂金属负极，还包括本发明所述的复合镍极耳。

优选地，所述复合镍极耳通过直流点焊机与所述锂金属负极进行焊接。具体为：以所述复合镍极耳的所述二元氮化物层为焊接面，通过直流点焊机将其与锂金属负极进行焊接。焊接时，焊接处的二元氮化物与锂金属发生化学反应生成镍氮锂复合物层，提高了锂金属与极耳之间的润湿性和结合力，而且所发生的化学反应为吸热反应，在反应过程中会不断吸收热量，可防止锂金属局部高温，从而防止了因锂金属局部区域瞬时高温熔化而出现的熔体飞溅现象。