[发明专利]负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池

说明书

本发明涉及锂电池领域，特别涉及负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。所述制备方法中，先在集流体表面上形成金属混合物，然后将金属混合物加热至180‑220℃，并获得由Al、Cu或Ni元素中一种或几种组合的金属或金属化合物形成的混合金属骨架以及熔融填充在混合金属骨架中的锂金属。上述混合金属骨架可提高锂金属在所述负极层中分布的均匀性。所述负极层形成于所述集流体一表面上，所述负极层中所述混合金属骨架可为所述负极层中的锂金属提供支撑骨架。具有上述负极层的锂电池可在锂离子迁移的过程中，避免负极层的结构发生改变或坍塌，从而可延长锂电池的循环寿命。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。

【背景技术】

与传统电极相比，锂金属负极具有较高的理论容量(3680mAh/g)和较低的电化学势(－3.04V)。然而现有的金属锂电极易与现有电解液发生反应，在循环过程中容易生长锂枝晶、体积变化较大，安全性与循环性能存在缺陷。

一般金属锂负极均采用包覆的方式来保护锂金属负极，但是这种方法无法解决锂金属在使用过程中体积变化较大和产生死锂区的问题。本发明提供了一种具有充放电过程中体积变化小、离子电导率与电子电导率较高、稳定性较好、循环寿命长的锂金属负极。

【发明内容】

为克服现有锂电池中负极性能不佳的问题，本发明提供了一种负极层及其制备方法、锂电池电芯及锂电池。

本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种负极层制备方法，步骤Q11，提供一集流体作为基底；步骤Q12，提供含有Li元素的金属或金属化合物，及提供含有Al、Cu或Ni元素中一种或几种组合的金属或金属化合物，以在集流体表面上形成金属混合物；及步骤Q13，将金属混合物加热至180-220℃，以使其中的锂金属熔融，并获得由Al、Cu或Ni元素中一种或几种组合的金属或金属化合物形成的混合金属骨架以及熔融填充在混合金属骨架中的锂金属。

优选地，上述步骤Q12中，具体包括以多元共蒸发或多元共溅射的方式，在集流体表面上形成金属混合物。

优选地，上述步骤Q13中，所述混合金属骨架中Al、Cu或Ni元素中一种或几种组合的金属颗粒或金属化合物颗粒之间形成空隙，所述熔融金属锂填充在所述空隙中。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种负极层，其包括集流体基底及形成在其表面的负极层，所述负极层包括混合金属骨架及熔融填充在混合金属骨架中的锂金属，所述混合金属骨架，所述混合金属骨架由Al、Cu或Ni元素中一种或几种组合的金属或金属化合物形成。

优选地，所述混合金属骨架中金属颗粒和/或所述金属化合物颗粒之间形成空隙，熔融的锂金属填充在所述空隙中。

优选地，所述负极层的所述混合金属骨架中空隙的体积占所述负极层的总体积的20％-90％；所述锂金属的质量占所述负极层的总质量的10％-90％

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池电芯，其包括负极结构，所述负极结构包括集流体及如上所述负极层，所述负极层形成于所述集流体的一主表面之上。优选地，所述锂电池电芯还包括正极结构及设置在所述正极结构与负极结构之间的固态电解质层。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池，其包括至少两个连续叠层设置如上所述锂电池电芯，直接叠加设置的至少两个锂电池电芯之间共用一正负共极集流体，该正负共极集流板包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成所述正极层，以作为其中一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。

优选地，共用一正负共极集流体的两个锂电池电芯之间为串联连接；所述锂电池还包括封装结构，定义与多个所述锂电池电芯的叠加方向平行的锂电池电芯的表面为侧面，所述封装结构围设在所述锂电池电芯的侧面。