[发明专利]一种负极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种负极极片及其制备方法和应用；所述负极极片包括依次设置的集流体、活性物质层和含Ti氧化物固态电解质层；通过三层结构的设计，并且对每层结构进行特殊选择，使得所述负极极片应用于锂离子电池时，可以在其表面形成一层致密的钝化膜，进而避免锂枝晶刺穿锂离子电池隔膜引发电池短路，提升了锂离子电池的安全性能；将所述负极极片搭配本发明提供的锂离子电池的制备方法，可以抑制正极材料中Mn离子的溶出，减少电解液的用量，进一步提升锂离子电池的安全性能，具有重要的研究意义。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

背景技术

目前锂离子电池主要以液态电解液为主，但是液态电池存在安全性能差，易燃、界面电阻大，离子传输能力弱，更有甚者在常温下不能很好的充放电，倍率循环等性能都较差等问题，进而无法实现商业化的生产。

全固态电池中难以解决的界面问题是限制其实际应用的最大障碍，聚合物电解质具有良好的柔性能够保证电池中更好的界面接触，氧化物电解质具有更高的锂离子电导率和安全性能，将两者结合进行电池的制备有望获得电化学性能满足实际要求的全固态电池。目前研究中大多使用PEO基聚合物电解质组装全固态电池，PEO基聚合物电解质具有良好的低电压稳定性、低的界面阻抗等优点，但是其在4V以上会发生氧化分解，在常用正极材料中只能匹配磷酸铁锂材料，限制了电池的能量密度。同时，PEO基聚合物电解质电导率较低，组装的全固态电池只能在高温和低倍率下运行。

因此，对于固态锂离子电池的研究仍在进行。CN112467117A公开了一种磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料及其制备方法、电池负极。所述磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料包括：内核，内核的材料包括石墨；壳层，壳层包覆于内核外，壳层的材料包括磷酸钛铝锂和碳；以及钝化层，钝化层包覆于壳层外。在石墨外包覆磷酸钛铝锂和碳，可以提高导电性，磷酸钛铝锂有较高的锂离子导电性，可以提高锂离子的传输效率，与其他材料相比，磷酸钛铝锂具有结构稳定，化学稳定性强，循环性能好等特性。钝化层对覆磷酸钛铝锂具有钝化作用，降低磷酸钛铝锂的副反应发生，提升其存储性能及其循环性能，从而提高磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料的锂离子的传输效率、倍率性能及安全性能。但是，这种电池的制备工艺复杂，花费较高，制作周期较长，不利于大范围、大批量生产和应用。

CN111384436A公开了一种在复合负极极片涂覆固态电解质浆料的全固态锂离子电池及其制备方法，该发明先使用水性聚合物固态电解质制备复合负极极片，再在复合负极极片上涂覆混合有油性有机粘结剂和高氧化物固态电解质含量的浆料进行烘干和辊压，接着再与耐高压油性聚合物电解质制备的复合正极组装电池。电池组装过程中在正负极间加入少量有机溶剂润湿界面，并在电池封装前烘干有机溶剂。该方法组装的全固态电池具有优异的安全性能、高的能量密度和良好的循环性能。CN112670450A公开了一种固态电池用负极极片及其制备方法和用途；所述负极极片包括依次层叠设置的铜箔、锂金属层、氮化锂层和有机无机复合层。该发明通过超薄均匀电镀的锂金属作为基材，在其表面通过氮气进行表面改性使锂金属均匀沉积，防止短路，减缓锂源在循环过程中被损耗，再通过有机无机复合涂层复合在处理后锂金属表面使充电沉积的锂金属沉积更加地均匀致密并有效抑制短路发生，抑制锂金属直接与电解质接触产生的界面反应提升循环性能；但是，上述两种方法制备得到的固态电池在使用时仍然存在一定的安全隐患。

因此，开发一种使用时可以表面形成致密的钝化膜的负极极片，是本领域目前急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种负极极片及其制备方法和应用，所述负极极片包括依次设置的集流体、活性物质层和含Ti氧化物固态电解质层；通过三层结构设计和对每层结构中材料的特殊选择，可以使得得到的负极极片应用于锂离子电池时，在极片的表面形成一层致密的钝化膜，所述钝化膜可以避免锂枝晶刺穿锂离子电池隔膜引发电池短路、发生爆炸燃烧等安全问题，进而提升了锂离子电池的安全性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：