[发明专利]一种负极及其制备方法、锂电池

说明书

本发明涉及一种负极及其制备方法、以及包括该负极的锂电池。根据本发明的负极，包括：锂负极片；沉积于锂负极片的至少一面的LiF层；沉积于LiF层的LiAlF₄层。本发明的锂电池包括本发明的负极。本发明的负极的制备方法，包括步骤：提供锂负极片；采用磁控溅射法在锂负极片的至少一面沉积LiF层；采用磁控溅射法在LiF层沉积LiAlF₄层，得到锂负极。根据本发明的负极，既能防止锂枝晶的生长，从而保证了包括本发明负极的锂电池的安全性能；也能保证包括本发明的负极的锂电池具有良好的锂离子电导率。本发明的制备方法，无氟气排放，对反应容器或设备的材质无特殊要求，且保证了锂负极片、LiF层和LiAlF₄层的稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池的技术领域，尤其涉及一种负极及其制备方法、和锂电池。

背景技术

商用液态锂离子电池含有低燃点液态有机电解液，容易出现漏液、易燃易爆等安全问题，很大程度上限制了液态锂离子电池的应用领域。而随着电动汽车和智能电网等大型储能装置的逐渐普及，对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。其中，液态锂离子电池安全性能方面的问题，在一定程度上是由于在充放电过程中，锂负极片上生长锂枝晶造成的。

全固态电池在提升能量密度和安全性能方面，相对于液态锂离子电池来说，具有一定的优势。但其自身也存在一些技术问题。

例如：薄膜全固态电池，一般采用无机固态电解质材料LiPON，厚度在2um以下的金属锂负极，其具有上万次的循环寿命、且可以入水使用、在180℃受热也不会爆炸；但在大电流充放电时，其也会存在生长锂枝晶而影响安全性的问题。

例如：体型全固态电池，采用金属锂负极提高了电池的能量密度，但在大电流充放电的情况下，锂枝晶生长等安全性问题异常突出。

目前，一般会采用LiF等无机固态材料覆盖于锂负极片。一方面，无机固态材料的电化学稳定窗口(如：LiF可达5V以上)可与金属锂、高电压正极材料等匹配；另一方面，无机固态材料膜层具有良好的化学惰性和高于金属锂的机械强度(如LiF剪切模量为55.1GPa，而金属锂的剪切模量为4.9Gpa)，因此能够很好的抑制锂枝晶的产生和生长，可以提高锂电池的安全性能。

但单一的无机固态材料层，如：LiF层，一般为电子的不良导体，该膜层覆盖于锂负极片的表面，虽然能够抑制锂枝晶的产生和生长，但当其用于锂电池时，尤其是用于全固态电池时，会导致锂电池电阻增大，锂离子电导率降低，从而降低锂电池的倍率性能。

另外，在现有技术中，LiF层覆盖于锂负极片表面的制备方法一般采用化学反应制备而成，例如：斯坦福大学崔仪研究组应用氟碳化合物在350℃热解产生氟气，产生的氟气与金属锂箔在175℃长时间(如12h)反应，生成LiF层覆盖金属锂箔。一方面，该方法生成氟气，氟气具有极强的腐蚀性，因此要求所用设备的材质不能与氟气发生反应；另一方面，175℃金属锂接近熔融液态，容易与手套箱中微量氧和水汽反应，在LiF层产生氧化物或者氢氧化物等杂质，使LiF层的稳定性变差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种负极，该负极不仅可以防止锂枝晶的生长，提高锂电池的安全性，还可以保证锂离子电导率，从而可以进一步提高锂电池的倍率性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

根据本发明的一方面，提供了一种负极，包括：

锂负极片；

沉积于所述锂负极片至少一面的LiF层；

沉积于所述LiF层的LiAlF₄层。

根据本发明负极的一种实施方式，包括：