[發(fā)明專利]一種二次金屬鋰電池負(fù)極用層狀復(fù)合物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710051717.2
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106654232B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彬;楊樹斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M4/04;H01M4/1395
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

本發(fā)明提供一種二次金屬鋰電池負(fù)極用層狀復(fù)合物的制備方法，包括步驟：(1)取金屬鋰片和復(fù)合添加劑，將復(fù)合添加劑均勻分布在金屬鋰片的表面，并采用輥壓法將復(fù)合添加劑壓入金屬鋰片中；(2)折疊復(fù)合添加劑和金屬鋰片的復(fù)合物，進行輥壓，獲得層狀結(jié)構(gòu)的添加劑?金屬鋰復(fù)合片；(3)多次重復(fù)步驟(2)，獲得具有不同金屬鋰層厚度的復(fù)合物。本發(fā)明提出的制備方法，用常規(guī)的對輥輥壓設(shè)備即可進行操作，該工藝具有操作方便、工藝簡單的特點。采用本發(fā)明的方法，獲得了親鋰化的納米材料和鋰片層狀復(fù)合物，該層狀復(fù)合物用作二次金屬鋰電池負(fù)極時，可以改善鋰枝晶生長的相關(guān)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次電池領(lǐng)域，具體涉及一種二次金屬鋰電池的電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

金屬鋰電池作為當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛和最有發(fā)展前景的電池之一，具有比能量和放電性能高、工作和貯存壽命長、安全操作性能高和成本較低的優(yōu)點。隨著Li-S電池、Li-空氣電池等新型高容量鋰電池的出現(xiàn)，Li金屬負(fù)極的安全應(yīng)用成為了下一代能量存儲系統(tǒng)的決定因素。

Li金屬一直被視作可再充鋰電池的最理想的負(fù)極材料，它具有極高的理論比容量(3860mAh g^-1)，低密度(0.59g cm^-3)和最負(fù)的電化學(xué)電勢(相比標(biāo)準(zhǔn)氫電極大約-3.04V)等優(yōu)異性能。然而由于Li金屬負(fù)極的無載體特性，其在重復(fù)充電/放電過程中存在枝晶生長和低庫侖效率(CE)問題，導(dǎo)致基于Li金屬負(fù)極的可充電電池至今尚未商業(yè)化。

目前常用的抑制Li枝晶形成的方法有：原位形成穩(wěn)定的SEI膜，異位形成表面涂層，機械封閉，自修復(fù)靜電屏蔽法等。這些方法各自都在一定程度上解決了Li金屬負(fù)極在充放電循環(huán)過程中枝晶生長和庫倫效率低的問題，但又各自存在著一定的限制因素。最新研究進展表明，從構(gòu)建鋰復(fù)合電極的角度出發(fā)，可有效提高Li金屬在充放電循環(huán)中的穩(wěn)定性。合理的設(shè)計可以改變Li金屬沉積偏好，從根本上改善枝晶生長和庫倫效率低的問題。然而，對于絕大部分材料，其與單質(zhì)鋰之間結(jié)合弱，即具有疏鋰性。因此，發(fā)展一種普適的復(fù)合方法對金屬鋰電池負(fù)極的應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對本領(lǐng)域存在的不足之處，本發(fā)明旨在提出一種二次金屬鋰電池負(fù)極用層狀復(fù)合物的制備方法。通過輥對輥的方法將納米粉狀復(fù)合添加劑與 金屬鋰單質(zhì)結(jié)合，獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的添加劑-金屬鋰復(fù)合片。

本發(fā)明的另一目的是提出所述制備方法得到了金屬鋰電池復(fù)合極片。

本發(fā)明的第三個目的是提出含有所得復(fù)合極片的金屬鋰電池。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：

一種二次金屬鋰電池負(fù)極用層狀復(fù)合物的制備方法，其包括步驟：

(1)取厚度為0.2～2mm的金屬鋰片和復(fù)合添加劑，將復(fù)合添加劑均勻分布在金屬鋰片的表面，并采用輥壓法將復(fù)合添加劑壓入金屬鋰片中；

其中，所述復(fù)合添加劑選自金屬納米粉、非金屬納米粉、層狀結(jié)構(gòu)化合物、二維納米片的一種多種；

(2)折疊復(fù)合添加劑和金屬鋰片的復(fù)合物，進行輥壓，獲得層狀結(jié)構(gòu)的添加劑-金屬鋰復(fù)合片；

(3)多次重復(fù)步驟(2)，獲得具有不同金屬鋰層厚度的復(fù)合物。

其中，所述金屬納米粉選自鐵、銅、鎳金屬納米粉中的一種，金屬納米粉的粒徑小于300納米；所述層狀結(jié)構(gòu)化合物選自六方氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢中的一種。

其中，所述非金屬納米粉選自硅粉、石墨粉、炭粉中的一種，非金屬納米粉的粒徑為50～1000納米；所述二維納米片選自石墨烯、氧化石墨烯、氮化硼納米片、二硫化鉬納米片、二硫化鎢納米片、Ti₃C₂納米片中的一種，片層厚度小于50納米。本發(fā)明方法中所用納米粉為固相粉末，不存在液相中的團聚效應(yīng)，均勻鋪灑在鋰片表面即可。