[发明专利]一种复合镁锂合金负极片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合镁锂合金负极片及其制备方法和应用，属于锂离子电池领域。该复合镁锂合金负极片，包括镁锂合金集流层和涂覆于镁锂合金集流层的膨润土混合物粘合剂与硅基活性材料混合的混合涂料层，膨润土混合物粘合剂具有碱金属氧化物结构，可以降低镁锂合金腐蚀电流，使腐蚀电位向正向移动的特点，同时，随着硅基活性材料膨胀，膨润土良好的膨胀容性使得硅不易与集流体分离，保证了负极端的结构完整性，提高了电池的库伦效率。同时，膨润土良好的膨胀容性避免了硅基材料体积膨胀时导致和集流体的电子通道失效。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种复合镁锂合金负极片及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池作为动力电池的使用，电动载具有了飞跃性的发展，但石墨和铜箔组成的负极片已经无法满足锂离子电池高比能、大功率输出等的需求，因而如何提高锂电池的倍率性能和能量密度等是本发明人一直在研究的课题。

锂金属因其具有高比能的优势而成为锂电池最理想的负极片，但当锂离子电池使用锂金属作为负极材料时，会存在锂离子通量不均匀以及电流密度较大容易产生锂枝晶，锂离子自生金属活泼性会导致无限体积变化等的问题，电池安全和倍率性能都会产生不可逆的影响。

锂镁合金作为密度最小的镁合金，具有超轻、易塑形和吸震性能强等特点。当其作为锂离子电池负极材料时，镁锂合金中镁骨架保证了负极活性材料的稳定性，在循环过程中不易产生断裂、粉化、凸起和枝晶。同时，锂镁合金具有较高且稳定的锂沉积/溶解效率，更易形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，减少副反应发生。但是，将镁锂合金用于商用电芯的负极端材料时，仍存在以下问题：(1)在电解液中，负差效应导致镁锂合金腐蚀电流增加，镁离子逐渐溶出；(2)镁锂合金表面容易生成一层灰色薄膜，使得锂离子不能穿透，影响了电化学性能；(3)镁锂合金在被腐蚀后，极化电阻增大，导致电流密度降低，从而影响倍率性能。

另一种较为常见的负极高比能材料是硅材料(高温4200mAh/g，室温3580mAh/g)，其具有低的脱锂电位(＜0.5V)、环境友好、储量丰富和成本较低等优点，从而被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料。但是，硅基负极材料在商业量产过程中仍存在两个关键问题需要解决：(1)硅材料在脱嵌锂过程中反复膨胀收缩的体积变化(≥300％)，容易粉化、脱落，并最终导致活性材料失去电接触而使电池彻底失效；(2)硅材料表面SEI膜的持续生长，会一直不可逆地消耗电池中有限的电解液和来自正极的锂，最终导致电池容量的迅速衰减。

发明内容

1.要解决的问题

为了解决上述硅材料在脱嵌锂过程中容易粉化、脱落等问题之一，本发明提供了一种复合镁锂合金负极片，包括镁锂合金集流层和涂覆于镁锂合金集流层至少一个表面的硅基活性材料混合涂料层，其中硅基活性材料混合涂料包括膨润土混合物粘合剂和硅基活性材料，混合物粘合剂一方面，膨润土混合物粘合剂具有碱金属氧化物结构，可以降低镁锂合金腐蚀电流，使腐蚀电位向正向移动的特点；另一方面，随着硅基活性材料膨胀，膨润土良好的膨胀容性使得硅不易与集流体分离，保证了负极端的结构完整性，提高了电池的库伦效率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种复合镁锂合金负极片，该负极片包括镁锂合金集流层和涂覆于镁锂合金集流层表面的硅基活性材料混合涂料层，其中硅基活性材料混合涂料包括膨润土混合物粘合剂和硅基活性材料，一方面膨润土混合物粘合剂具有碱金属氧化物结构，可以降低镁锂合金腐蚀电流，使腐蚀电位向正向移动的特点；另一方面，随着硅基活性材料膨胀，膨润土良好的膨胀容性使得硅不易与集流体分离，保证了负极端的结构完整性，提高了电池的库伦效率。

优选地，上述镁锂合金集流层的两面均涂覆有硅基活性材料混合涂料层。

优选地，上述涂覆是指电池涂布工艺，即将稳定性好、粘度好和流动性好的浆料均匀地涂覆于集流体上，包括转移式涂布和挤出式涂布。