负极极片、制备方法、二次电池以及用电装置与流程
本技术涉及二次电池，尤其涉及一种负极极片、制备方法、二次电池以及用电装置。
背景技术：
1、近年来，随着二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域，市场对于二次电池的性能要求也越来越高。
2、相比于常用的负极材料石墨，金属负极(如锂金属)具有更低的电位和更高的理论容量，是十分具有潜力的负极材料。
技术实现思路
1、鉴于背景技术中存在的问题，本技术提供一种负极极片，旨在抑制金属电极上枝晶的形成，提高电池的循环稳定性。
2、本技术的第一方面提供一种负极极片，包括金属层以及位于所述金属层至少一侧的硅界面层，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0≤x≤2。
3、硅界面层相比于金属层具有更高的负极电位，能够抑制枝晶的形成生长，利于电池循环性能的提高。
4、在任意实施方式中，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2，可选为0.7＜x＜1.5。
5、硅氧材料在充放电循环过程中会发生锂化，能够形成大量不可逆的li4sio4，该物质具有高达8.81gpa的杨氏模量，能够通过其高的机械强度抑制锂枝晶的生长，提高电池的循环稳定性。而且硅氧材料同时具有一定的容量，能够在提高电池循环稳定性的同时提高电池的容量水平。
6、在任意实施方式中，所述硅界面层的厚度为25nm–1000nm，可选为50nm-200nm。
7、硅界面层的厚度在合适范围内，既能够对金属层产生有效的保护作用，抑制枝晶的产生，又能够减少硅界面层过厚导致的负极极片导电性能的下降，电阻的升高，电池单位克容量的下降，还能够减少负极极片因为过厚发生脆断的风险，提高电池的综合性能。
8、在任意实施方式中，在所述硅界面层的厚度方向上，所述硅界面层靠近所述金属层处的氧含量低于远离所述金属层处的氧含量。在所述硅界面层的厚度方向上，所述硅界面层靠近所述金属层处的氧含量低于远离所述金属层处的氧含量有利于发挥不同材料的特点，实现电池循环稳定性和容量水平的综合提高。
9、在任意实施方式中，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅层和硅氧层，所述硅层包括单质硅，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
10、硅氧层622在电池循环过程中形成的不可逆的li4sio4在抑制锂枝晶生长的同时还能够有效解决单质硅膨胀率大的问题，充分发挥单质硅高容量的特性，使得电池在具有高循环性能的同时具有更高的容量水平。
11、在任意实施方式中，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅氧层和二氧化硅层，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
12、相比于硅氧材料，二氧化硅层在低厚度下就能够有效抑制锂枝晶的生长。在硅氧层上设置二氧化硅层，能够充分利用硅氧层的表面孔隙结构。相比于在金属层上直接沉积二氧化硅层，硅氧层的表面孔隙结构能够使得二氧化硅层的致密度有所下降，在抑制枝晶生长的同时减少因为二氧化硅层过度致密导致的电导率大幅下降，在提高电池循环稳定性的同时不会引起电池容量水平的大幅衰减。
13、在任意实施方式中，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅层、硅氧层和二氧化硅层，所述硅层包括非晶硅，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
14、硅层、硅氧层和二氧化硅层的叠加设置既能够充分发挥各层优势，又能够通过各层的相互配合，实现电池循环稳定性和容量水平的综合提高。
15、在任意实施方式中，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括siox1层、siox2层……sioxn层，其中0＜x1＜x2<……＜xn<2，n≥2。
16、硅界面层在靠近金属层的位置硅含量高，可以充分发挥材料高容量的特性；在远离金属层的位置氧含量高，负极电位升高，且生成的li4sio4含量增高，利于抑制枝晶的生长。
17、在任意实施方式中，所述负极极片满足以下条件的至少一个：
18、(i)所述硅层的厚度与所述硅氧层的厚度比值为4-15；
19、(ii)所述硅层的厚度为10nm-100nm；
20、(iii)所述硅氧层的厚度为25nm-150nm；
21、(iv)所述二氧化硅层的厚度为1nm-10nm。
22、在任意实施方式中，所述金属层包括锂金属、锂合金、钠金属、钠合金中的至少一种。
23、在任意实施方式中，所述硅界面层是通过化学气相沉积、原子层沉积、蒸镀法、磁控溅射法的至少一种制备得到的。
24、本技术提供一种负极极片的制备方法，所述制备方法包括：在金属层的至少一侧沉积硅界面层制备所述负极极片，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0≤x≤2。
25、在任意实施方式中，所述制备方法包括：通入包含硅源的气体或包含氧源和硅源的混合气体，化学气相沉积制备硅界面层；可选地，所述氧源包括n2o，所述硅源包括sih4。
26、以化学气相沉积法制备硅界面层，可以通过随时调整通入的氧源和硅源的气流量，调控硅界面层的组成，使得电池的成型具有更高的效率。相比于其他的制备方法，投入的原料流量可控，易于实现硅界面层的组成、厚度精准调控。
27、在任意实施方式中，所述制备方法包括：通入的氧源与硅源的体积流量比例m为0＜m＜20，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
28、在任意实施方式中，在所述硅界面层制备过程中提高所述氧源与所述硅源的通入比例m，使得在所述硅界面层的厚度方向上，所述硅界面层靠近所述金属层处的氧含量低于远离所述金属层处的氧含量。
29、在任意实施方式中，所述制备方法包括：通入硅源进行沉积；沉积一段时间后通入氧源和硅源继续沉积，其中氧源和硅源的体积流量比例m为0＜m＜20。
30、在任意实施方式中，所述制备方法包括：通入氧源和硅源进行沉积，其中氧源和硅源的体积流量比例m为0＜m＜20；沉积一段时间后提高氧源和硅源的体积流量比例m至不小于20进行沉积。
31、在任意实施方式中，所述制备方法包括：通入硅源进行沉积；沉积一段时间后通入氧源和硅源进行沉积，其中氧源和硅源的体积流量比例m为0＜m＜20；沉积一段时间后提高氧源和硅源的比例m至不小于20进行沉积。
32、在任意实施方式中，所述制备方法包括：在所述通入氧源和硅源进行沉积的过程中，逐渐提高氧源和硅源的体积流量比例m。
33、本技术的第三方面提供一种二次电池，包括第一方面的负极极片或第二方面的制备方法制备的负极极片。
34、在任意实施方式中，所述二次电池包括电解质，所述硅界面层位于所述电解质与所述金属层之间。
35、本技术的第四方面提供一种用电装置，包括第三方面的二次电池。
技术特征：
1.一种负极极片，其特征在于，包括金属层以及位于所述金属层至少一侧的硅界面层，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0≤x≤2。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2，可选为0.7＜x＜1.5。
3.根据权利要求1或2所述的负极极片，其特征在于，所述硅界面层的厚度为25nm–1000nm，可选为50nm-200nm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的负极极片，其特征在于，在所述硅界面层的厚度方向上，所述硅界面层靠近所述金属层处的氧含量低于远离所述金属层处的氧含量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的负极极片，其特征在于，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅层和硅氧层，所述硅层包括单质硅，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的负极极片，其特征在于，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅氧层和二氧化硅层，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的负极极片，其特征在于，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括硅层、硅氧层和二氧化硅层，所述硅层包括非晶硅，所述硅氧层包括通式为siox的材料，其中0＜x＜2。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的负极极片，其特征在于，在从靠近所述金属层至远离所述金属层的硅界面层厚度方向上，所述硅界面层依次包括siox1层、siox2层……sioxn层，其中0＜x1＜x2<……＜xn<2，n≥2。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片满足以下条件的至少一个：
10.根据权利要求1至9中任一项所述的负极极片，其特征在于，所述金属层包括锂金属、锂合金、钠金属、钠合金中的至少一种。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的负极极片，其特征在于，所述硅界面层是通过化学气相沉积、原子层沉积、蒸镀法、磁控溅射法的至少一种制备得到的。
12.一种负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在金属层的至少一侧沉积硅界面层制备所述负极极片，所述硅界面层包括通式为siox的材料，其中0≤x≤2。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
15.根据权利要求13或14中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述硅界面层制备过程中提高所述氧源与所述硅源的通入比例m，使得在所述硅界面层的厚度方向上，所述硅界面层靠近所述金属层处的氧含量低于远离所述金属层处的氧含量。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
17.根据权利要求12至15中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
18.根据权利要求12至15中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
19.根据权利要求12至18中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
20.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的负极极片，和/或权利要求13至19中任一项所述的制备方法制备的负极极片。
21.根据权利要求20所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池包括电解质，所述硅界面层位于所述电解质与所述金属层之间。
22.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求20或21所述的二次电池。
技术总结
本申请提供了一种负极极片，包括金属层以及位于所述金属层至少一侧的硅界面层，硅界面层包括通式为SiO<subgt;x</subgt;的材料，其中0≤x≤2。硅界面层相比于金属层具有更高的负极电位，能够抑制枝晶的形成生长，利于电池循环性能的提高。
技术研发人员：邹钺,淡江雷,杜鑫鑫,曾炯
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5