复合集流体及其制备方法、无负极锂电池与流程

本发明涉及电化学储能，特别是涉及一种复合集流体及其制备方法、无负极锂电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有高能量密度、长周期寿命、低自放电率、无记忆效应等优点，因而得到广泛应用。传统的锂电池负极通常是由石墨、硅碳、锂金属或含锂的化合物等材料组成。而无负极锂电池在生产过程中不使用负极材料，在首次充电时，锂离子从正极材料中脱出，通过电解液迁移到负极集流体上得到电子并沉积形成锂金属层，在放电过程中，锂金属失去电子变成锂离子，锂离子再次通过电解液回到正极，完成一次充放电循环。

2、然而，无负极锂电池在充放电过程中，锂金属在负极集流体上的沉积和剥离过程存在不均匀，容易导致锂枝晶的不规则生长，进而引发sei膜的破裂、再生长，不断消耗活性锂、加剧界面有害副反应；锂枝晶也可能会刺穿电池的隔膜，引发内部短路，严重影响电池的安全性和循环寿命。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种复合集流体及其制备方法、无负极锂电池，以提高电池循环性能。

2、本发明的第一方面为提供一种复合集流体，方案如下：

3、一种复合集流体，包括金属基底以及设置在所述金属基底上的第一人造sei层；所述第一人造sei层包括高熵合金层和氧化物固态电解质层，所述高熵合金层设置在所述金属基底和所述氧化物固态电解质层之间，所述高熵合金层包含第一高熵合金，所述氧化物固态电解质层包含第一氧化物固态电解质；或者，所述第一人造sei层包括第二高熵合金和第二氧化物固态电解质的混合离子电子导电层。

4、在其中一个实施例中，所述金属基底的材料为cu。

5、在其中一个实施例中，所述第一高熵合金或所述第二高熵合金包含至少2种磁性元素和至少4种亲锂元素，所述磁性元素选自fe、co、mn、ni、gd、nd、sm，所述亲锂元素选自al、zn、sn、mg、sb、ag、au、si、bi。

6、在其中一个实施例中，所述第一氧化物固态电解质或所述第二氧化物固态电解质选自llzo、ta掺杂的llzo、ga掺杂的llzo、w及ta共掺杂的llzo、al及mn共掺杂的llzo、llto、latp以及lagp中的一种或多种。

7、在其中一个实施例中，所述高熵合金层的厚度为10nm~30nm。

8、在其中一个实施例中，所述氧化物固态电解质层的厚度为10nm~30nm。

9、在其中一个实施例中，所述复合集流体还包括第二人造sei层，所述第二人造sei层设置在所述第一人造sei层远离所述金属基底的一侧，所述第二人造sei层的材料包括lif、mgo、zno、sio2、al2o3、bi2o3、mgf2以及zns中的一种或者多种。

10、在其中一个实施例中，所述第二人造sei层的厚度为10nm~30nm。

11、本发明的第二方面为提供一种上述任一实施例复合集流体的制备方法，方案如下：

12、一种复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

13、提供金属基底；

14、在所述金属基底上形成第一人造sei层；所述第一人造sei层包括高熵合金层和氧化物固态电解质层，所述高熵合金层设置在所述金属基底和所述氧化物固态电解质层之间，所述高熵合金层包含第一高熵合金，所述氧化物固态电解质层包含第一氧化物固态电解质；或者，所述第一人造sei层包括第二高熵合金和第二氧化物固态电解质的混合离子电子导电层。

15、在其中一个实施例中，复合集流体的制备方法还包括以下步骤：

16、在所述第一人造sei层远离所述金属基底的一侧形成第二人造sei层，所述第二人造sei层的材料包括lif、mgo、zno、sio2、al2o3、bi2o3、mgf2以及zns中的一种或者多种。本发明的第三方面为提供一种无负极锂电池，方案如下：

17、一种无负极锂电池，包括外壳以及设置在外壳中的上述任一实施例所述的复合集流体、正极、电解液以及隔膜。

18、在其中一个实施例中，所述正极极片包括正极集流体以及设置在所述正极集流体上的正极层，所述正极层所含正极材料包括活性材料以及包覆所述活性材料的包覆层，所述活性材料包括富锂锰基材料，所述包覆层的材料包括li2fesio4、li2fetio4中的一种或者多种。

19、与传统技术相比，上述复合集流体及其制备方法、无负极锂电池具有以下有益效果：

20、上述复合集流体及其制备方法在金属基底上形成第一人造sei层，第一人造sei层包括高熵合金和氧化物固态电解质，高熵合金能够提供充足的亲锂位点，诱导锂金属面内生长，有助于锂金属的致密沉积。氧化物固态电解质具有优异的导离子能力，可以促进锂离子在界面处的快速输运。第一人造sei层有助于降低锂离子在界面处的迁移阻抗，并且促进其在水平方向的均匀成核生长，提高电池循环电化学性能。

21、上述无负极锂电池具有上述复合集流体，因而具有相应的技术特征，能够获得相应的有益效果。

1.一种复合集流体，其特征在于，包括金属基底以及设置在所述金属基底上的第一人造sei层；所述第一人造sei层包括高熵合金层和氧化物固态电解质层，所述高熵合金层设置在所述金属基底和所述氧化物固态电解质层之间，所述高熵合金层包含第一高熵合金，所述氧化物固态电解质层包含第一氧化物固态电解质；或者，所述第一人造sei层包括第二高熵合金和第二氧化物固态电解质的混合离子电子导电层。

2.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述金属基底的材料为cu。

3.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一高熵合金或所述第二高熵合金包含至少2种磁性元素和至少4种亲锂元素，所述磁性元素选自fe、co、mn、ni、gd、nd、sm，所述亲锂元素选自al、zn、sn、mg、sb、ag、au、si、bi。

4.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述第一氧化物固态电解质或所述第二氧化物固态电解质选自llzo、ta掺杂的llzo、ga掺杂的llzo、w及ta共掺杂的llzo、al及mn共掺杂的llzo、llto、latp以及lagp中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的复合集流体，其特征在于，所述高熵合金层的厚度为10nm~30nm；和/或

6.如权利要求1~5中任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述复合集流体还包括第二人造sei层，所述第二人造sei层设置在所述第一人造sei层远离所述金属基底的一侧，所述第二人造sei层的材料包括lif、mgo、zno、sio2、al2o3、bi2o3、mgf2以及zns中的一种或者多种。

7.如权利要求6所述的复合集流体，其特征在于，所述第二人造sei层的厚度为10nm~30nm。

8.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种无负极锂电池，其特征在于，包括外壳以及设置在外壳中的权利要求1~7中任一项所述的复合集流体、正极极片、电解液以及隔膜，所述隔膜设置在所述复合集流体和正极极片之间。

10.如权利要求9所述的无负极锂电池，其特征在于，所述正极极片包括正极集流体以及设置在所述正极集流体上的正极层，所述正极层所含正极材料包括活性材料以及包覆所述活性材料的包覆层，所述活性材料包括富锂锰基材料，所述包覆层的材料包括li2fesio4、li2fetio4中的一种或者多种。