[发明专利]一种二次电池负极及其制备方法和二次电池

说明书

本发明提供了一种二次电池负极，包括金属箔和设置在金属箔表面的致密的金属磷酸盐膜，金属箔同时作为负极集流体和负极活性材料，金属箔的材质包括铝、铜、铁、锡、锌、镍、锰、铅、锑、镉和铋中的任意一种，或含有至少一种上述金属元素的合金；金属磷酸盐膜的材质包括磷酸铝、磷酸铜、磷酸铁、磷酸锡、磷酸锌、磷酸镍、磷酸锰、磷酸铅、磷酸锑、磷酸镉和磷酸铋中的一种或多种。本发明金属箔表面设置有一层电子绝缘、锂离子可以迁移的金属磷酸盐膜。金属磷酸盐膜起到了类似固体电解质膜的功能作用；提高了负极和电解液的兼容性，提高了电池的充放电效率、电池循环性能、高低温性能和安全性能。本发明还提供了二次电池负极的制备方法和一种二次电池。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种二次电池负极及其制备方法和二次电池。

背景技术

2016年，中科院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其团队在新型高效电池发面研究取得突破行进展，其研究成果在能源材料顶级期刊《Advanced Energy Materials》上(DOI:10.1002/aenm.201502588)发布了一项全新的铝-石墨双离子电池技术，该技术工作原理有别于现有传统锂电池，且以廉价的石墨作为正极，以铝箔同时作为负极活性材料和集流体；8月份时又在著名材料期刊《Advanced Materials》上(DOI:10.1002/adma.201603735)在线发表了“基于碳包覆多孔铝箔负极的高倍率、长循环、高能量密度双离子电池。其研究团队利用铝箔作为新型高效电池的负极片，这种新型高效电池体系电池的比能量密度更高、成本更低。因此这种新型高效电池具有重大的应用前景。其研究团队充分认识到利用铝箔作为负极极片时存在的问题，并提出了将铝箔加工成碳包覆多孔铝箔来解决铝箔体积膨胀和电解液兼容性问题。其研究成果显示他们提供的解决方案是可以有效解决铝箔作为负极片存在的问题。

通过在铝箔表面涂覆碳材料的方式，虽然提高了负极与电解液的兼容性，但还存在电解液易分解形成固体电解质膜而消耗电解液的问题。而且其碳涂覆方法还存在加工工艺复杂，加工成本较高的问题。

发明内容

针对于上述问题，本发明提出了一种通过在金属箔表面设置致密的金属磷酸盐膜，可以提高电池的充放电效率、循环性能以及安全性能。

本发明第一方面提供了二次电池负极，包括金属箔和设置在所述金属箔表面的致密的金属磷酸盐膜，所述金属箔同时作为负极集流体和负极活性材料，所述金属箔的材质包括铝、铜、铁、锡、锌、镍、锰、铅、锑、镉和铋中的任意一种，或含有至少一种上述金属元素的合金；所述金属磷酸盐膜的材质包括磷酸铝、磷酸铜、磷酸铁、磷酸锡、磷酸锌、磷酸镍、磷酸锰、磷酸铅、磷酸锑、磷酸镉和磷酸铋中的一种或多种。

其中，所述金属磷酸盐膜中的金属源与所述金属箔中的金属元素相同。

其中，所述金属箔的表层具有三维多孔结构，多孔孔径大小为10nm-20μm。

其中，所述表层的厚度为1nm-10μm，所述表层的厚度与所述金属箔的厚度比为1:10-10000。

其中，所述金属磷酸盐膜的厚度为1nm-3μm，所述金属磷酸盐膜厚度与所述金属箔的厚度比为1:30-10000。

本发明第一方面提供的二次电池负极，所述二次电池负极中金属箔表面设置有一层电子绝缘、金属离子如锂离子可以迁移的金属磷酸盐膜。所述金属磷酸盐膜起到了类似固体电解质膜的功能作用；提高了负极和电解液的兼容性，降低电解液分解，提高了电池的充放电效率、电池循环性能、高低温性能、安全性能。

本发明第二方面提供了一种二次电池负极的制备方法，包括：

提供金属箔原材料，将所述金属箔原材料与含有磷酸根的溶液进行化学反应或者在所述金属箔原材料表面通过沉积的方式形成致密的金属磷酸盐膜，制得二次电池负极；