[發(fā)明專利]一種柔性快充的鋰金屬電池制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710432862.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN107221709A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳筱薷;張強(qiáng);程新兵;黃佳琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/058
• 分類號(hào): H01M10/058;H01M4/134;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11327
• 代理人: 邸更巖

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柔性快充的鋰金屬電池制備方法，屬于鋰金屬電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人們物質(zhì)生活水平越來越高，對(duì)于能源的需求飛速提高，促進(jìn)了儲(chǔ)能領(lǐng)域尤其是電池技術(shù)的飛速發(fā)展。20世紀(jì)90年代，索尼公司研發(fā)采用石墨負(fù)極以插層反應(yīng)為機(jī)理的商用鋰離子電池之后，鋰離子電池迅速占領(lǐng)以筆記本電腦、手機(jī)等高端電子設(shè)備，鋰離子電池已發(fā)展近三十年，難以滿足目前人們對(duì)于長時(shí)間待機(jī)可彎折電子設(shè)備的需求。而隨著國家新能源戰(zhàn)略策略的提出，新能源電動(dòng)汽車得到飛速發(fā)展。但是商用化的以石墨作為負(fù)極的鋰離子電池難以滿足人們對(duì)長續(xù)航里程與快速充電的要求。開發(fā)新體系柔性快充電池勢(shì)在必行。鋰金屬，具有極高的容量與最低發(fā)電勢(shì)，并且彈性模量大，決定了金屬鋰電池在高能量、高功率密度柔性電池中都有極大潛力。

金屬鋰電池在充放電過程中，負(fù)極側(cè)易產(chǎn)生鋰枝晶，由于結(jié)構(gòu)疏松，部分枝晶會(huì)脫離導(dǎo)電骨架形成無法在被利用的“死鋰”，導(dǎo)致庫侖效率降低和鋰源損失；此外，鋰枝晶可能會(huì)刺破隔膜引發(fā)電池的安全問題。目前解決鋰枝晶問題的方法集中在以下幾個(gè)方面：通過自限域的方法來控制鋰離子的沉積位點(diǎn)(Small,2014,10,4257)；通過強(qiáng)極性物質(zhì)的吸附作用來減緩鋰離子沉積速率(Adv.Mater.2016,28,2888)；通過電解液添加劑來控制鋰離子的均勻沉積(專利號(hào)：CN105870502A)通過降低金屬鋰沉積的過電勢(shì)誘導(dǎo)鋰離子的定向選擇性沉積(Nature Energy,2016,1,16010)；在金屬鋰的表面構(gòu)建一層固態(tài)電解質(zhì)膜，阻止鋰表面與電解液的直接接觸，同時(shí)能夠抑制鋰枝晶的產(chǎn)生(Adv.Mater.2016,28,1853)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種柔性快充的鋰金屬電池制備方法。該電池采用柔性磷酸鐵鋰紙作為正極，采用復(fù)合金屬鋰作為負(fù)極，復(fù)合電解質(zhì)作為隔膜，構(gòu)筑柔性快充的鋰金屬電池。石墨烯和碳納米管骨架具有高比表面積，能夠有效降低局部電流密度，賦予電極柔性特征，實(shí)現(xiàn)離子快速輸運(yùn)。石墨烯和碳納米管骨架能促進(jìn)鋰均勻沉積，抑制鋰枝晶的生長，從而實(shí)現(xiàn)柔性快充的鋰金屬電池。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種柔性快充的鋰金屬電池制備技術(shù)，其特征包括如下步驟：

2、一種柔性快充的鋰金屬電池制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)將石墨烯、碳納米管或石墨烯和碳納米管的混合物溶于有機(jī)溶劑中，制成體積質(zhì)量濃度為0.1g/L-10g/L的有機(jī)溶液，再在有機(jī)溶液中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的體積質(zhì)量濃度為0.01g/L-100g/L，超聲后，涂覆在集流體表面制成自支撐極片；

2)取自支撐極片與金屬鋰復(fù)合，制成鋰-石墨烯復(fù)合電極或鋰-碳納米管復(fù)合電極；

3)以柔性磷酸鐵鋰紙作為正極，復(fù)合電解質(zhì)作為隔膜，鋰-石墨烯復(fù)合電極或鋰-碳納米管復(fù)合電極或鋰-石墨烯-碳納米管復(fù)合電極作為負(fù)極，組裝后得柔性快充的鋰金屬電池。

優(yōu)選地，所述的石墨烯包括所有單層石墨烯、雙層石墨烯以及多層石墨烯中的一種或幾種，碳納米管直徑在2nm-50nm之間，石墨烯和碳納米管按照質(zhì)量比0:1-1:0混合。

優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-異丙基吡咯烷酮、N-月桂基吡咯烷酮、N-環(huán)己基吡咯烷酮、N-芐基吡咯烷酮、N-羥乙基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、十二烷基苯磺酸鈉，聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯蓖麻油中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述的粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠、氯丁橡膠、甲苯橡膠、丁腈中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述的集流體為銅箔或鋁箔。

優(yōu)選地，獲得的自支撐電極與金屬鋰復(fù)合得到的鋰-石墨烯復(fù)合電極或鋰-碳納米管復(fù)合電極厚度為50μm-1000μm。

優(yōu)選地。所述的自支撐極片與金屬鋰復(fù)合方式為熱熔法、化學(xué)沉積法、電沉積法、輥壓法中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述的復(fù)合電解質(zhì)為聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧、鋰鋁鈦的磷酸鹽、鋰鋁鍺的磷酸鹽、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、六氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、氟化鉀中的兩種或多種。

將得到的鋰-石墨烯復(fù)合電極或鋰-碳納米管復(fù)合電極作為負(fù)極，復(fù)合電解質(zhì)作為隔膜，柔性磷酸鐵鋰紙作為正極組裝獲得實(shí)現(xiàn)柔性快充的鋰金屬電池。