[發明專利]鋰金屬電極及其制備方法、鋰金屬二次電極負極、電池

有效

• 申請號: 201610319583.3
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN107369813B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 王平華;李慧;夏圣安
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/66;H01M4/80;H01M10/052;H01M12/08
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 羅振安

本發明公開了一種鋰金屬電極及其制備方法、鋰金屬二次電極負極、電池，屬于鋰電池技術領域。其中，鋰金屬電極包括：具有多個孔道空腔的泡沫電極基體，以及分布在所述泡沫電極基體的至少一個孔道空腔內的金屬鋰顆粒；所述泡沫電極基體的材料為泡沫金屬材料或者碳泡沫材料。泡沫電極基體的孔道空腔能夠有效限制金屬鋰顆粒在充放電過程中的體積膨脹并且減少鋰枝晶的生成，有效提高以該鋰金屬電極作為負極的鋰金屬二次電池的穩定性能、循環性能、快速充電性能以及安全性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，特別涉及一種鋰金屬電極及其制備方法、鋰金屬二次電極負極、電池。

背景技術

隨著便攜電子設備和電動汽車的不斷發展，高能量密度電池的研發變得日益重要。鋰金屬二次電池是以鋰金屬電極作為負極的一種可充電鋰電池。根據正極材料的不同，鋰金屬二次電池主要包括鋰金屬空氣電池和鋰硫電池。由于金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mAh/g)、最負的還原電位(-3.04V，相對于氫標電位)以及極小的密度(0.59g/cm³)，因此鋰金屬二次電池的能量密度遠遠大于其他電池體系(例如鋰金屬空氣電池的理論能量密度能夠達到11140Wh/kg，鋰硫電池的理論能量密度能夠達到2680Wh/kg)。

目前用于鋰金屬二次電池的鋰金屬電極主要采用片狀金屬鋰或者將金屬鋰顆粒涂覆在片狀電極基體上的形式。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：現有的用于鋰金屬二次電池的鋰金屬電極在充放電過程中會發生體積膨脹，影響鋰金屬二次電池的穩定性和循環性能；同時，在長期充放電過程中，鋰會沉積在負極表面形成鋰枝晶，當鋰枝晶生長到能夠刺穿鋰金屬二次電池的隔膜時，將導致短路進而引起爆炸。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種在充放電過程中體積變化小、枝晶產生量少的鋰金屬電極及其制備方法、鋰金屬二次電極負極、電池。

具體而言，包括以下的技術方案：

第一方面，提供了一種鋰金屬電極，包括：具有多個孔道空腔的泡沫電極基體，以及分布在所述泡沫電極基體的至少一個孔道空腔內的金屬鋰顆粒；所述泡沫電極基體的材料為泡沫金屬材料或者碳泡沫材料。

本發明實施例提供的鋰金屬電極中，電極基體為具有多個孔道空腔結構的泡沫電極基體，金屬鋰顆粒分布在泡沫電極基體的至少一個孔道空腔內。泡沫電極基體的孔道空腔能夠有效限制金屬鋰顆粒在充放電過程中的體積膨脹，從而有效提高以該鋰金屬電極作為負極的鋰金屬二次電池的穩定性和循環性能。同時，泡沫電極基體的孔道空腔還能夠有效增大鋰金屬電極的表面積，不僅極大提升了以該鋰金屬電極作為負極的鋰金屬二次電池的大電流快速充電能力，還有效減少了鋰枝晶的生成，避免由于鋰枝晶刺穿隔膜而導致的電池短路問題，提高鋰金屬二次電池的安全性能。

結合第一方面，需要說明的是，可以有20％以上的所述多個孔道空腔內分布有所述金屬鋰顆粒。也可以有30％以上、40％以上、50％以上、60％以上、70％以上、80％以上或者90％以上的所述多個孔道空腔內分布有金屬鋰顆粒。通過控制分布有金屬鋰顆粒的孔道空腔的百分比，可以提高以本發明實施例提供的鋰金屬電極作為負極的鋰金屬二次電池的性能。

結合第一方面，可以理解的是，由于制備工藝條件的限制，在所述泡沫電極基體上的所述多個孔道空腔以外的區域內也分布有所述金屬鋰顆粒。其中，分布在所述泡沫電極基體的孔道空腔內的所述金屬鋰顆粒的數量大于分布在所述多個孔道空腔以外的區域內的所述金屬鋰顆粒的數量；或者，分布在所述泡沫電極基體的孔道空腔內的所述金屬鋰顆粒的密度大于分布在所述多個孔道空腔以外的區域內的所述金屬鋰顆粒的密度。