一种负极活性材料、负极极片的制备方法、固态电池

本发明涉及电池，尤其是涉及一种负极活性材料、负极极片的制备方法、固态电池。

背景技术：

1、固态电池目前广泛应用于便携式电子设备、电动汽车当中。固态电池采用固态电解质和液态电解液可以从根本上提高电池的安全性能。为了进一步提高固态电池的能量密度，研究人员一直在探索各种电极设计，特别是负极侧的设计。从电池结构的角度来看，无锂负极概念有望实现接近理论最大值的能量密度，并且有望降低材料成本和简化电池制造方案。由于缺乏在充电和放电过程中稳定储存锂离子的活性材料，锂(脱)嵌反应动力学缓慢以及界面空隙的形成，无锂负极的容量会在循环过程中迅速衰减。

2、现有技术在不锈钢箔和硫化物电解质层中间制备了一层ag-c负极极片层，利用银晶种使金属锂均匀成核，全固态电池表现出无与伦比的能量密度和循环稳定性。然而，由于复合层中锂离子扩散缓慢，因此电池需要在60℃的高温下进行稳定循环。采用氟化银作为锂金属形核的晶种虽然解决了电池需要在60℃的高温下进行稳定循环的问题，实现无锂负极固态电池在室温下稳定循环，但是电池需要在较大的外压(大于3mpa)下才能稳定循环工作，阻碍了其商业化应用。

技术实现思路

1、为了解决电池需要在较大的外压(大于3mpa)下才能稳定循环工作，阻碍了其商业化应用等问题，本申请提供一种负极活性材料、负极极片的制备方法、固态电池。

2、第一方面，本申请提供一种负极活性材料，包括：mxene复合物层以及设置在所述mxene复合物层上的mg层，所述mxene复合物层和所述mg层组成双层负极活性材料。

3、在一个具体的可实施方案中，所述mxene复合物层包括：mxene、导电剂和粘结剂，所述mxene、所述导电剂和所述粘结剂的重量比为(60-80)：(10-20)：(4-20)。

4、在一个具体的可实施方案中，所述mxene包括：ti3c2tx、ti2ctx、ti2ntx、nb2ctx、nb4c3tx、ta2ctx、ta4c3tx、v2ctx、v3c2tx、cr2ctx、cr3c2tx、(ti0.5nb0.5)2ctx、ti3(c0.5n0.5)2tx或mo2ctx中的任一种或多种。

5、在一个具体的可实施方案中，所述导电剂包括：还原氧化石墨烯、人造石墨、天然石墨、硬碳、多壁碳管、导电炭黑和碳黑中的任一种或多种。

6、在一个具体的可实施方案中，所述粘结剂为水洗粘结剂，包括：羧甲基纤维素、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的任一种或多种。

7、在一个具体的可实施方案中，所述mg层的厚度为50-400nm。

8、第二方面，本申请提供一种负极极片，包括：负极集流体和如上所述任一项所述负极活性材料，所述负极活性材料设置于所述负极集流体上。

9、第三方面，本申请提供一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：

10、将mxene与去离子水的混合液，形成mxene墨水；

11、将mxene墨水、导电剂和粘合剂分散在去离子水溶剂中，制备得到浆料；

12、将浆料涂覆于负极集流体上，干燥得到mxene复合物层；

13、在mxene复合物层表面沉积mg层，得到负极极片。

14、在一个具体的可实施方案中，所述形成mxene墨水包含：将去离子水添加到mxene中，通过分散得到混合物，将混合物离心得到沉淀物，将沉淀物再分散在去离子水中。

15、第四方面，本申请提供一种固态电池，包括：依次设置的正极极片、固态电解质层以及如上任意一项所述的方法获得的负极极片，所述mg层位于所述mxene复合物层和所述固态电解质层之间。

16、在一个具体的可实施方案中，所述固态电解质层包含硫化物电解质。

17、综上所述，本申请提供的一种负极活性材料、负极极片的制备方法、固态电池，包括以下有益技术效果：

18、本申请在mxene复合物层上还设有mg层组成的双层负极活性材料，mg层通过低反应势垒的(脱)合金与li反应，从而在室温下实现可逆的li的剥离与沉积，室温下即可实现电池的稳定循环，解决了电池需要在60℃的高温下或较大的外压(大于3mpa)下才能稳定循环工作的问题；同时，由于mxene复合物层的高延展性，即使在2mpa的低压下，mxene复合物层也能通过抑制空隙的形成来维持硫化物电解质层-电极界面，从而实现了在室温和较低的外压(2mpa)下电池的稳定循环工作，提高了电池的循环稳定性，扩宽了固态电池的应用场景，有利于固态电池的商业化应用。

技术特征：

1.一种负极活性材料，其特征在于，包括：mxene复合物层以及设置在所述mxene复合物层上的mg层，所述mxene复合物层和所述mg层组成双层负极活性材料。

2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述mxene复合物层包括：mxene、导电剂和粘结剂，所述mxene、所述导电剂和所述粘结剂的重量比为(60-80)：(10-20)：(4-20)。

3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其特征在于，所述mxene包括：ti3c2tx、ti2ctx、ti2ntx、nb2ctx、nb4c3tx、ta2ctx、ta4c3tx、v2ctx、v3c2tx、cr2ctx、cr3c2tx、(ti0.5nb0.5)2ctx、ti3(c0.5n0.5)2tx或mo2ctx中的任一种或多种。

4.根据权利要求2所述的负极活性材料，其特征在于，所述导电剂包括：还原氧化石墨烯、人造石墨、天然石墨、硬碳、多壁碳管、导电炭黑和碳黑中的任一种或多种。

5.根据权利要求2所述的负极活性材料，其特征在于，所述粘结剂为水洗粘结剂，包括：羧甲基纤维素、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的任一种或多种。

6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述mg层的厚度为50-400nm。

7.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述形成mxene墨水包含：将去离子水添加到mxene中，通过分散得到混合物，将混合物离心得到沉淀物，将沉淀物再分散在去离子水中。

9.一种固态电池，其特征在于，包括：依次设置的正极极片、固态电解质层以及如权利要求7-8任意一项所述的方法获得的负极极片，所述mg层位于所述mxene复合物层和所述固态电解质层之间。

10.根据权利要求9所述的固态电池，其特征在于，所述固态电解质层包含硫化物电解质。

技术总结
本申请提供一种负极活性材料、负极极片的制备方法、固态电池，包括：MXene复合物层以及设置在所述MXene复合物层上的Mg层，所述MXene复合物层和所述Mg层组成双层负极活性材料，解决电池需要在较大的外压(大于3MPa)下才能稳定循环工作，阻碍了其商业化应用等问题；从而实现了室温和较低的外部压力(2MPa)下电池的稳定循环工作，提高了电池的循环稳定性，扩宽了固态电池的应用场景，有利于固态电池的商业化应用。

技术研发人员：王硕,冯玉川,李峥,何泓材
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8