复合负极及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111430684A(43)申请公布日2020.07.17(21)申请号202010060401.1(22)申请日2020.01.19(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人陈少杰黄海强郑晓醒秦士林马忠龙(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人肖阳(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称复合负极及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了复合负极及其制备方法和应用，其中，复合负极包括金属复合层和负极片基体，所述金属复合层包括负极材料层和渗入所述负极材料层中的金属纳米颗粒；所述负极片基体具有锂金属层，所述金属复合层与所述锂金属层贴合。该复合负极利用金属纳米颗粒与锂离子的合金化限域作用来控制锂枝晶，延缓或抑制锂离子在锂金属层上的沉积，使锂离子在每个通道上相对均匀地沉积、成核和生长，解决了锂离子不均匀沉积而导致负极表面锂枝晶生长及电池内短路的问题，能够显著改善电池的循环性能、倍率性能、安全性能和使用寿命等。CN111430684ACN111430684A权利要求书1/2页1.一种复合负极，其特征在于，包括：金属复合层，所述金属复合层包括负极材料层和渗入所述负极材料层中的金属纳米颗粒；负极片基体，所述负极片基体具有锂金属层，所述金属复合层与所述锂金属层贴合。2.根据权利要求1所述的复合负极，其特征在于，所述金属纳米颗粒均匀分布在所述负极材料层中，任选地，所述负极材料层包括选自碳基材料、硅基材料和硅氧基材料中的至少一种，任选地，所述金属纳米颗粒为选自银颗粒、铝颗粒、镁颗粒、锌颗粒和金颗粒中的至少一种，任选地，所述金属纳米颗粒的金属纯度为99.99～99.999％。3.根据权利要求1或2所述的复合负极，其特征在于，渗入所述负极材料层中的所述金属纳米颗粒的总体积为厚度为5～1000nm的所述负极材料层的体积，任选地，所述负极材料层的厚度为10～60μm，所述负极材料层的孔隙率为30～55％。4.根据权利要求1所述的复合负极，其特征在于，所述负极片基体包括相互贴合的锂金属层和铜金属层，任选地，所述锂金属层的厚度为5～50μm。5.一种制备权利要求1～4中任一项所述的复合负极的方法，其特征在于，采用方案1或方案2，其中，所述方案1包括：预先在铝箔上形成负极材料层并利用所述铝箔将所述负极材料层转移至所述负极片基体的锂金属层上，再采用物理气相沉积法使金属纳米颗粒渗入所述负极材料层中；所述方案2包括：预先在铝箔上形成负极材料层并采用物理气相沉积法使金属纳米颗粒渗入所述负极材料层中，再利用所述铝箔将形成的金属复合层转移至所述负极片基体的锂金属层上。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方案1或所述方案2中，所述物理气相沉积法在露点不高于零下40℃的干燥环境下进行，任选地，所述物理气相沉积法为真空蒸镀法、电子束蒸镀法、离子溅射法、磁控溅射法、电弧等离子体法或分子束外延法。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述方案1包括：(1)在铝箔上形成负极材料层并利用所述铝箔将所述负极材料层转移至所述负极片基体的锂金属层上，以便得到复合基体；(2)在露点不高于零下40℃的干燥环境下将所述复合基体置于真空蒸镀装置的真空室基片台上，对所述复合基体进行加热和匀速旋转，同时将高纯金属加热蒸发成原子态，使金属原子蒸汽流渗入所述负极材料层，以便得到所述复合负极。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热的温度为50～170℃、所述匀速旋转的转速为1～20转/分，所述高纯金属的蒸发速率为0.001～0.3nm/s、所述真空室的真空度为10-4～10-6Pa。9.一种锂电池，其特征在于，具有权利要求1～4中任一项所述的复合负极或采用权利要求5～8中任一项所述的方法制备得到的复合负极。2CN111430684A权利要求书2/2页10.一种车辆，其特征在于，具有权利要求9所述的锂电池。3CN111430684A说明书1/9页复合负极及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锂电池领域，具体而言，涉及复合负极及其制备方法和应用。背景技术[0002]随着电器设备向大型化和多功能化方向发展，对锂离子二次电池的能量密度及使用寿命提出了更高的要求，并且由于各种便携式电子设备和电动汽车的快速发展和广泛应用，对于能量高、循环寿命长的锂离子电池的需求十分迫切。目前商业化锂离子电池的负极材料主要为石墨，由于其理论容量低