[发明专利]锂金属负极复合集流体及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极复合集流体，包括：金属基底层和至少设置在所述金属基底层一表面的过渡金属硼化物层。本申请锂金属负极复合集流体，通过过渡金属硼化物层，不但可有效提高负极锂金属层与集流体的浸润性和结合力；而且能够与锂金属形成原子尺度的晶格匹配，从而引导锂金属原子在集流体表面均匀沉积，抑制锂枝晶生长，有效提高电池安全稳定性。

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极复合集流体，以及一种锂金属负极复合集流体的制备方法，一种锂离子电池。

背景技术

随着科技的发展和人们生活水平的提高，对便携式电子设备和电动汽车的电池能量密度也有了更高的要求。目前商业化锂离子电池负极材料普遍采用石墨类材料，理论容量有限(372mAh/g)，难以满足高性能锂离子电池发展的需求。因此，开发具有高容量的新型负极材料成为锂离子电池的重要研究方向。锂金属负极由于超高的比容量(3860mAh/g)以及极低的氧化还原电势(-3.045V vs SHE)，作为高容量负极材料极具发展前景。然而，锂金属在循环过程中，由于锂原子在集流体表面的非均匀沉积容易生成锂枝晶，不但会导致电池的性能快速降低，电池使用寿命缩短；而且生成的锂枝晶会刺穿隔膜，引发电池短路等安全问题。

为了解决锂金属负极容易在集流体表面生成锂枝晶的问题，研究人员提出了不同的锂枝晶抑制策略。在一些现有技术中，公开了一种锂的层状复合材料，通过将复合添加剂均匀分布在金属锂片的表面，并采用辊压法将复合添加剂压入金属锂片中，折叠复合添加剂和金属锂片的复合物，进行辊压，获得层状结构的添加剂-金属锂复合片。在另一些现有技术中，公开了锂/改性石墨烯层的双层结构复合负极，通过改性石墨烯与金属锂片相贴接。但是，目前仍存在锂金属与集流体材料浸润性差、结合力低的关键技术难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种锂金属负极复合集流体及其制备方法，旨在一定程度上解决现有锂金属负极容易在集流体表面形成锂枝晶，且与集流体材料浸润性差、结合力低的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种锂金属负极复合集流体，包括：金属基底层和至少设置在所述金属基底层一表面的过渡金属硼化物层。

第二方面，本申请提供一种锂金属负极复合集流体的制备方法，包括步骤：

获取金属基底层，至少在所述金属基底层一表面形成过渡金属硼化物层，得到锂金属负极复合集流体。

第三方面，本申请提供一种锂离子电池，包括锂金属负极，所述锂金属负极包括：锂金属层和设置在所述锂金属层一表面的复合集流体，所述复合集流体包括金属基底层和设置在所述金属基底层与所述锂金属层之间的过渡金属硼化物层。

本申请第一方面提供的锂金属负极复合集流体，通过过渡金属硼化物层，不但可有效提高负极锂金属层与集流体的浸润性和结合力；而且能够与锂金属形成原子尺度的晶格匹配，从而引导锂金属原子在集流体表面均匀沉积，抑制锂枝晶生长，有效提高电池安全稳定性。

本申请第二方面提供的锂金属负极复合集流体的制备方法，在金属基底层至少一表面形成过渡金属硼化物层后，即得到锂金属负极复合集流体，制备方法简便，适用于工业化大规模生产和应用。

本申请第三方面提供的锂离子电池，由于负极集流体采用上述复合集流体，在锂金属层与金属基底层之间设置有过渡金属硼化物层，使得锂金属层与复合集流体层结合紧密，同时过渡金属硼化物层能够与锂形成原子尺度的晶格匹配，可有效抑制锂枝晶生长。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。