一种复合负极及其制备方法与软包装电池与流程

本发明属于化学电源领域，特别涉及一种复合负极及其制备方法与软包装电池。

背景技术：

目前，锂离子电池常用的负极材料为石墨类，随着人们对电源系统能量密度越来越高的需求，合金类(硅、锡、铝)，氧化物类(氧化硅，氧化锡，氧化钛)材料因具有更高的理论比容量而更受关注。硅类负极具有4200mah/g的比容量，是目前比容量最高的负极，且其在充电时不易生成金属锂沉积，是与锂进行合金化兼具安全性和高比容量的最优选择。金属氧化物与锂也能发生氧化还原反应，也是有前景的负极之一。

在电池中，正极材料的比容量控制整体电池的能量，目前锂离子电池的正极材料已经达到近300wh/kg，而采用比容量更高的硫或者是氧化物作为正极，势必需要负极提供锂离子。金属锂直接作为负极，在提供高比容量的同时，却存在体积膨胀和产生枝晶的问题，对电池的安全性来说并不友好，并且循环次数较少，无法满足电源系统长时间的供电。因此，需要进行一种新型锂负极设计，在保障电池性能的同时，具有良好的安全性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种复合负极及其制备方法与软包装电池，在正极材料含锂或者不含锂的情况下，将合金类、氧化物类负极与金属锂进行复合使用，复合负极能自发进行氧化还原反应，原位生成锂合金，同时兼具高能量密度和高安全性，改善了传统金属锂负极在循环过程中循环寿命较短的问题。同时，该方法简便易行，适合于规模化生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合负极的制备方法，采用金属锂或者金属锂合金，与不含金属锂的负极材料进行复合，金属锂或者金属锂合金与不含锂负极组合方式中，二者的面积比为0.05:1-1:1.1。

复合负极使用的金属锂或者金属锂合金，厚度为10μm-200μm，面积为2cm²-300cm²。

复合负极使用的不含金属锂的负极材料为硅材料、硅碳复合材料、碳类材料、金属氧化物中的一种或两种。

不含金属锂的负极所用的集流体为铜或镍。

采用涂布法、喷涂法、磁控溅射方式，将不含金属锂的负极材料与导电剂、粘接剂所形成的混合物制备在集流体上。

金属锂或者金属锂合金与不含锂的负极组合方式为机械热压、机械冷压、喷涂；金属锂或者金属锂合金与不含锂的负极叠放时，以不同面积的金属锂或者金属锂合金正反面对称或者不对称摆放的方式，贴合于不含锂负极片表面。

含锂或者不含锂的正极材料为硫、金属氧化物、非金属氧化物、锂氧化物。

上述制备方法制得的复合负极。

含有上述复合负极的软包装电池，复合负极与含锂或者不含锂的正极组合，采用叠片的方式，组装大容量软包装电池。

软包装电池包括正极、负极、隔膜、电解液、极耳、铝塑膜，采用叠片方式进行组装，按照正极、隔膜、负极的方式进行叠片组合，组装成大容量软包装电池；正极采用的集流体为铝、不锈钢，正极采用采用涂布法、喷涂法、磁控溅射方式，将正极材料与导电剂、粘接剂所形成的混合物制备在集流体上，软包装电池中使用的电解液为液态电解液、凝胶电解液或者固态电解质。

本发明的有益效果是：负极设计采用金属锂或者金属锂合金，与高容量负极材料所制备的电极片进行复合，复合负极能进行原位合金化反应，再与含锂或者不含锂离子的高容量正极组装成电池，使电池在具有高能量密度的同时，具有较好的安全性能，相比纯金属锂负极制备的电池，具有更好的循环性能。同时，该方案简单可行，操作性强，易于实现批量生产。

附图说明

图1是本发明复合负极与纯金属锂负极电池循环性能对比图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图，在本发明中，若非特指，所有份、百分比均为重量单位，所有设备和原料等均可以从市场购得或是本行业常用的。

本发明的复合负极的制备方法，采用金属锂或者金属锂合金，与不含金属锂的负极材料进行复合，金属锂或者金属锂合金与不含锂负极组合方式中，二者的面积比为0.05:1-1:1.1。

复合负极使用的金属锂或者金属锂合金，厚度为10μm-200μm，面积为2cm²-300cm²。

复合负极使用的不含金属锂的负极材料为硅材料、硅碳复合材料、碳类材料、金属氧化物中的一种或两种。

不含金属锂的负极所用的集流体为铜或镍。

采用涂布法、喷涂法、磁控溅射方式，将不含金属锂的负极材料与导电剂、粘接剂所形成的混合物制备在集流体上。

金属锂或者金属锂合金与不含锂的负极组合方式为机械热压、机械冷压、喷涂；金属锂或者金属锂合金与不含锂的负极叠放时，以不同面积的金属锂或者金属锂合金正反面对称或者不对称摆放的方式，贴合于不含锂负极片表面。

含锂或者不含锂的正极材料为硫、金属氧化物、非金属氧化物、锂氧化物。

上述制备方法制得的复合负极。

含有上述复合负极的软包装电池，复合负极与含锂或者不含锂的正极组合，采用叠片的方式，组装大容量软包装电池。软包装电池包括正极、负极、隔膜、电解液、极耳、铝塑膜，采用叠片方式进行组装，按照正极、隔膜、负极的方式进行叠片组合，组装成大容量软包装电池；正极采用的集流体为铝、不锈钢，正极采用采用涂布法、喷涂法、磁控溅射方式，将正极材料与导电剂、粘接剂所形成的混合物制备在集流体上，软包装电池中使用的电解液为液态电解液、凝胶电解液或者固态电解质。

详细说明如下：

实施例1

取90μm厚，面积为150cm²的金属锂，与相同面积的硅碳负极进行复合，硅碳负极为双面涂布电极片，双面面密度为25mg/cm²。将金属锂粘贴在硅碳负极片正反两侧的表面，使用油压机压制，压制压力为4mpa，压制成一体化的复合负极。正极片为ncm电极，极片面密度为35mg/cm²，将复合负极、celgard2400隔膜、正极进行叠片组装，组装3ah软包装电池，注入液态电解液，以0.2c循环。

实施例2

取90μm厚，6mm宽、10cm长的金属锂条共10条，与面积为150cm²的硅碳负极进行复合，硅碳负极为双面涂布电极片，双面面密度为25mg/cm²，金属锂条均匀贴合在硅碳负极两侧，电极正反面的锂条呈对称分布的状态，使用油压机压制，压制压力为4mpa，压制成一体化的复合负极。正极片为ncm电极，极片面密度为35mg/cm²，将复合负极、celgard2400隔膜、正极进行叠片组装，组装3ah软包装电池，注入液态电解液，以0.2c循环。

实施例3

取90μm厚，8mm宽、10cm长的金属锂条共10条，与面积为150cm²的硅碳负极进行复合，硅碳负极为双面涂布电极片，双面面密度为25mg/cm²，金属锂条均匀贴合在硅碳负极两侧，电极正反面的锂条呈对称分布的状态，使用油压机压制，压制压力为4mpa，压制成一体化的复合负极。正极片为ncm电极，极片面密度为35mg/cm²，将复合负极、celgard2400隔膜、正极进行叠片组装，组装3ah软包装电池，注入液态电解液，以0.2c循环。

比较例1

取90μm厚，面积为150cm²的金属锂。正极片为ncm电极，极片面密度为35mg/cm²，将复合负极、celgard2400隔膜、正极进行叠片组装，组装3ah软包装电池，注入液态电解液，以0.2c循环。

实施例1中电池编号为1#，实施例2中电池编号为2#，实施例3中电池编号为3#，比较例1中电池编号为4#。4只电池经过循环后，由附图1可见，4#电池循环循环26次能量保持率衰降至52％；2#电池循环39次衰降至76％；3#电池循环50次衰降至77％，1#电池循环100次衰降至86％。由此可见，复合负极中，金属锂的添加量与电池的循环性能关系密切，金属锂的含量越高，原位生成的锂合金在电化学反应中参与程度越高，电池的循环性能越好。

上述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所描述的内容的启发下，对本发明的技术方案进行各种变形和改进，都应该落入本发明的权利要求书所确定的保护范围内。