一种负极极片及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种负极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电动汽车的逐渐普及，动力电池的能量密度越来越受到重视，锂金属负极具有超高的理论容量3480mah/g。然而，实际使用锂金属阳极(lma)受到以下挑战的阻碍：1)异构/不均匀固体电解质间相(sei)层的产生，2)在重复循环过程中形成电化学无活性或“死”锂，导致体积变化和锂库存的损失，电解液持续消耗导致库仑效率低(ce)。这些挑战的严重性随着充电电流密度的增加而增加，从而加速锂金属电池(lmbs)的失效。无负极锂金属电池(af-lmb)省去了初始负极活性材料的使用，在将电池能量密度提升到极限的同时还减少电池生产成本，是一种理想的高能量密度体系。

2、目前对锂阳极失效和保护的深层机理或理论认识仍存在争议，通常认为，锂离子枝晶生长是锂离子阳极失效的主要原因。虽然大量的研究已经成功地证明了无枝晶锂阳极，但与锂离子电池(lib)相比，在高容量利用率下，具有薄锂阳极(例如50mm)的实际lmbs仍然存在更大的服务容量下降。除了li枝晶之外，在一个失败的实际电池的li阳极中，一直观察到一种复杂的微观结构，即所谓的粉化。然而，粉化的起源及其组成部分仍然存在。没有负极侧的稳定宿主材料的保护或过量活性锂的补偿，在循环过程中由“死锂”的产生以及电解液和金属锂之间的副反应所导致的锂资源的不可逆损耗都会直接体现在电池容量的损失上。因此，无负极金属锂电池的循环寿命面临着较大挑战。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种负极极片，所述的负极极片，能使锂离子在锂离子电池循环过程中均匀沉积，增加锂离子在集流体表面的沉积能力，减少枝晶的生长；减少锂负极粉化，提升界面稳定性。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的负极极片的制备方法，该方法简单，原料成本低，对环境要求不严格，制备得到的负极极片具有优异的电化学性能。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，具有较高的能量密度和容量保持率，循环寿命长，生产成本低。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种负极极片，包括集流体以及依次沉积在所述集流体上的第一材料层和第二材料层；

6、所述第一材料层包括碳材料、铁粉和粘结剂；

7、所述第二材料层包括氟化物，所述氟化物的结构式为xf3，其中x包括稀土金属中的至少一种。

8、优选地，所述第一材料层的厚度为3～7μm。

9、优选地，所述第二材料层的厚度为2～10μm。

10、优选地，所述集流体的厚度为4.5～15μm。

11、优选地，所述碳材料、所述铁粉和所述粘结剂的质量比为(50～80)：(18～40)：(2～20)。

12、优选地，所述氟化物包括氟化镧、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钷、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥、氟化镱、氟化镥、氟化钪或氟化钇中的至少一种。

13、优选地，所述碳材料包括：石墨、硬碳或软碳中的至少一种。

14、优选地，所述粘结剂包括：聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚四氟乙烯或聚氨酯中的至少一种。

15、优选地，所述集流体包括铜箔、涂碳铜箔或铜镍复合集流体中的至少一种。

16、所述的负极极片的制备方法，包括以下步骤：

17、将第一材料层涂覆在集流体上；将第二材料层沉积在所述第一材料层上。

18、优选地，所述涂覆具体包括：

19、将所述碳材料、所述铁粉和所述粘结剂溶解，得到混合浆料；将所述混合浆料涂布在所述集流体上进行干燥。

20、优选地，所述干燥的温度为22～45℃。

21、优选地，所述干燥的时间为0.5～2.5h。

22、优选地，所述沉积具体包括：

23、将经过球磨的所述氟化物沉积在所述第一材料层上。

24、优选地，所述球磨的转速为150～300r/min。

25、优选地，所述球磨的时间为0.5～2h。

26、优选地，所述集流体经过预处理。

27、优选地，所述预处理具体包括：将所述集流体浸泡于盐酸中进行超声处理5～60min，取出后进行水洗和烘干。

28、一种锂离子电池，包括所述的负极极片。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、(1)本发明提供的负极极片，在集流体上依次沉积第一材料层和第二材料层，该极片能使锂离子在锂离子电池循环过程中均匀沉积，增加锂离子在集流体表面的沉积能力，减少枝晶的生长；减少锂负极粉化，提升界面稳定性；该极片能用于液态电池、半固态电池和全固态等电池体系。

31、(2)本发明提供的负极极片的制备方法，制备方法简单，原料成本相对较低，降低锂离子制造成本；该方法对环境要求不严格，在正常环境下制备即可，制备得到的负极极片具有优异的电化学性能。

32、(3)本发明提供的锂离子电池，具有较高的能量密度和容量保持率，循环寿命长，生产成本低。

技术特征：

1.一种负极极片，其特征在于，包括集流体以及依次沉积在所述集流体上的第一材料层和第二材料层；

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述第一材料层的厚度为3～7μm；

3.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述碳材料、所述铁粉和所述粘结剂的质量比为(50～80)：(18～40)：(2～20)。

4.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述氟化物包括氟化镧、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钷、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥、氟化镱、氟化镥、氟化钪或氟化钇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述碳材料包括：石墨、硬碳或软碳中的至少一种；

6.如权利要求1～5任一项所述的负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述涂覆具体包括：

8.根据权利要求6所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述沉积具体包括：

9.根据权利要求6所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述集流体经过预处理；

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的负极极片。

技术总结
本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种负极极片及其制备方法和应用。所述的负极极片，包括集流体以及依次沉积在所述集流体上的第一材料层和第二材料层；所述第一材料层包括碳材料、铁粉和粘结剂；所述第二材料层包括氟化物，所述氟化物的结构式为XF<subgt;3</subgt;，其中X包括稀土金属中的至少一种。该极片能使锂离子在锂离子电池循环过程中均匀沉积，增加锂离子在集流体表面的沉积能力，减少枝晶的生长；减少锂负极粉化，提升界面稳定性。

技术研发人员：曾德武,曾天谊
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13