具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料及制备方法

本发明涉及电池负极材料，具体涉及一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料及制备方法。

背景技术：

1、电池快充作为解决电动汽车充电便捷性的关键突破口，快充技术的突破会提升终端产品用户体验，电池快充技术已经成为动力电池企业参与未来市场竞争的核心竞争力，正在快速迭代创新。但从电芯性能来看，快充与寿命、能量密度很难兼容，频繁的快充会加剧材料疲劳，从而导致能量密度、循环容量保持率等性能快速衰退。因此，兼具长循环性能及高效快充的锂电池将成为未来研究的热点。基于此，需要提高快充过程中的材料热力学稳定性特征，从而提高电池快充工况下的使用寿命。

2、科研工作者已开发出了多种方式构造高稳定性的快充体系。例如：在集流体上预涂导电碳层，降低负极材料和集流体之间的接触电阻，进而提高电池的快充性能的方法(cn115084449a)；负极上增加高动力学添加剂和补锂剂的方法(cn114613974a)；高动力学碳层包覆石墨的方法(cn114628650a)等。但是这些方法也有自身的缺陷，如集流体上多次涂布使得制备工艺繁琐、负极上增加添加剂或碳层包覆等方法将导致材料厚度增加，降低电池的能量密度。

3、因此，亟需开发一种制备工艺简单、电化学性能优异且不降低电池能量密度的电池快充体系的材料及调控制备方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料及制备方法，能制备出在高倍率充电工况中具有快离子传导的负极界面，且界面上的纳米层同样有较高的化学稳定性，电化学性能优异；能够在电池中长期应用，同时，纳米界面层的体积及质量极低，几乎不影响电池的能量密度，解决了上述背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料，所述负极材料包括负极活性基体材料和负极活性基体材料界面上的纳米界面层；所述纳米界面层包括高热力学稳定性的化合物与高离子电导率的含锂化合物；所述高离子电导率的含锂化合物的质量占比为30％-80％，通过调控高离子电导率的含锂化合物的质量占比能获得优异的循环性能或快充性能或平衡兼具循环及快充性能。

3、优选的，所述的高热力学稳定性的化合物为lif、cef4、laf3中的一种,高离子电导率的含锂化合物为li2o或li2s。

4、优选的，所述的负极活性基体材料是石墨、硅氧或硅碳材料。

5、另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将高热力学稳定性的化合物与高离子电导率的含锂化合物颗粒放置在pvd真空镀膜舱的蒸发源中；

7、s2、将负极活性基体材料极片放置在距离蒸发源一定距离的基底上；

8、s3、调整舱内的真空度、热蒸发温度、蒸发速率，经过蒸发-气相传质-冷凝过程，在负极活性基体材料极片上共蒸形成含两种化合物的纳米界面层。

9、优选的，在步骤s2中，所述的一定距离为20-50cm。

10、优选的，在步骤s3中，所述的真空度为1*10-6-1*10-4pa。

11、优选的，在步骤s3中，所述的热蒸发温度为900-1600℃，热蒸发速率为10-40nm/s。

12、优选的，在步骤s3中，所述的共蒸为平行共蒸或顺序共蒸。

13、优选的，在步骤s3中，所述的纳米界面层厚度为40-150nm。

14、另一方面，为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料在电池中的应用。

15、本发明的有益效果是：本发明负极材料具有高热力学稳定性、快离子传导率且基本不降低电池能量密度等优点。弥补了其他方法需要加热固化的、设备昂贵、工序复杂、降低了电化学性能、降低了电池的能量密度的缺点。现有技术往往难以平衡快充工况下的长循环性能。本发明的负极材料经过界面处理后，形成了具有高离子电导率和高热力学稳定性的纳米层，且能够在电池全生命周期内持续应用。

技术特征：

1.一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括负极活性基体材料和负极活性基体材料界面上的纳米界面层；所述纳米界面层包括高热力学稳定性的化合物与高离子电导率的含锂化合物；所述高离子电导率的含锂化合物的质量占比为30％-80％，通过调控高离子电导率的含锂化合物的质量占比能获得优异的循环性能或快充性能或平衡兼具循环及快充性能。

2.根据权利要求1所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料，其特征在于：所述的高热力学稳定性的化合物为lif、cef4、laf3中的一种,高离子电导率的含锂化合物为li2o或li2s。

3.根据权利要求1所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料，其特征在于：所述的负极活性基体材料是石墨、硅氧或硅碳材料。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述的一定距离为20-50cm。

6.根据权利要求4所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的真空度为1*10-6-1*10-4pa。

7.根据权利要求4所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的热蒸发温度为900-1600℃，热蒸发速率为10-40nm/s。

8.根据权利要求4所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的共蒸为平行共蒸或顺序共蒸。

9.根据权利要求4所述的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料的制备方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的纳米界面层厚度为40-150nm。

10.一种根据权利要求1-3中任一项所述具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料或权利要求4-9中任一项所述制备方法制得的具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料在电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具备长循环及快充的含纳米界面层的负极材料及制备方法，通过在电池负极基体材料表面上真空共蒸两种化合物形成人工纳米界面层，并通过控制蒸速，可控调整界面层的材料组成成分，从而可制备出具有良好界面动力学及高化学稳定性的过渡层。本发明负极材料具有高热力学稳定性、快离子传导率且基本不降低电池能量密度等优点。弥补了其他方法需要加热固化的、设备昂贵、工序复杂、降低了电化学性能、降低了电池的能量密度的缺点。

技术研发人员：吕鹏飞,张迪,秦巍,谢松,贺元骅
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15