[发明专利]负极材料、负极片、电化学装置及电子装置

说明书

本发明提供一种负极材料、负极片、电化学装置及电子装置，所述负极材料包括多孔刚性骨架材料和存在于所述多孔刚性骨架材料表面的亲锂性材料，所述多孔刚性骨架材料的硬度大于或等于2。本发明的负极材料具有良好的结构稳定性，能够有效缓解现有技术存在的负极材料易与电解液反应、易产生锂枝晶及易发生体积变化以及由此导致的电化学装置循环性能及稳定性差等问题。

技术领域

本发明涉及电化学装置领域，具体涉及一种负极材料、负极片、电化学装置及电子装置。

背景技术

锂金属是金属元素中相对原子质量最小(6.94)、标准电极电位(-3.045V)最低的金属，其理论比容量高达3860mAh/g，是目前发现的质量比能量最大的金属之一，因此，利用锂金属作为负极材料，可以配合高能量密度的正极材料，大大提高电池的能量密度及其工作电压。然而，锂金属活泼性极高，易与电解液中的大部分物质发生副反应，造成锂金属与电解液的消耗，从而导致锂金属电池等电化学装置的库伦效率降低；此外，锂金属在电化学装置循环过程中会不断沉积，由于锂金属表面电位分布不均匀、电解液中锂离子浓度分布不均匀等原因，会使得锂金属的沉积与溶解不均匀，在某些位点出现沉积过快的现象，从而形成锂枝晶，降低锂金属的沉积密度，加剧锂金属与电解液的副反应，同时随着锂枝晶的成长，往往会形成尖锐结构的锂枝晶，容易刺穿正极与负极之间的隔离膜，产生短路等风险；并且不断沉积的锂金属也易从极片(负极片)上脱落，产生不能继续参与循环的“死锂”，导致电化学装置的容量降低；此外，在电化学装置的循环过程中，锂金属会不断发生体积膨胀与收缩(目前电化学装置负极厚度变化范围一般在8μm至200μm之间)，易破坏负极片，举例来说，在负极片上存在无机保护层时，由于负极片中锂金属的体积膨胀与收缩，不仅会影响负极片的功能发挥，还易导致负极片与柔韧性较差的无机保护层之间的界面发生剥离，从而失去保护层的保护效果。

因此，如何提高负极材料的结构稳定性，减少其与电解液的副反应、抑制锂枝晶的生成及体积膨胀与收缩导致的系列问题，提高电化学装置的循环性及稳定性等品质，是本领域技术人员所面临的重要课题。

发明内容

本发明提供一种负极材料、负极片、电化学装置及电子装置，该负极材料具有良好的结构稳定性，能够有效缓解现有技术存在的负极材料易与电解液反应、易产生锂枝晶及易发生体积变化以及由此导致的电化学装置循环性能及稳定性差等问题。

本发明的一方面，提供一种负极材料，包括：多孔刚性骨架材料和存在于多孔刚性骨架材料表面的亲锂性材料，多孔刚性骨架材料的硬度大于或等于2。

根据本发明的进一步研究，在一些实施例中，多孔刚性骨架材料的弹性模量大于或等于40GPa；和/或，多孔刚性骨架材料包括直径为100nm至20μm的纤维；和/或，多孔刚性骨架材料包括金属材料、硅酸钠、石榴石、二氧化硅、氧化铝或碳纤维中的至少一种，金属材料包括铜、镍、钛或钨中的至少一种；和/或，亲锂性材料包括金属、氧化物、氮化物、硫化物、碳化物或具有亲锂基团的有机物中的至少一种，亲锂基团包括羟基、酯基、羧基、氨基或磺基中的至少一种。在一些实施例中，负极材料中亲锂性材料的质量含量为20％至80％，优选为30％至50％，负极材料的孔隙率为5％至95％。

本发明的另一方面，提供一种负极片，包括集流体和与集流体复合的负极材料层，负极材料层包含权利要求1-7任一项的负极材料。在一些实施例中，该负极片还包括位于集流体与负极材料层之间的锂层，锂层包含锂金属。可选地，负极片中锂金属的含量为A mg/cm²，A为0.25至25，A表示每平方厘米负极片单面的表面面积对应的锂金属的质量。负极材料层的厚度一般可以为30μm至200μm。

作为本发明思想的延伸，本发明还提供一种包括上述负极片的电化学装置及包括该电化学装置的电子装置。