[發(fā)明專利]金屬鋰負(fù)極片及其制備方法和金屬鋰二次電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710752590.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN107579204A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙偉;李素麗;徐延銘;李俊義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海光宇電池有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/134
• 分類號(hào): H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務(wù)所44291
• 代理人: 楊煥軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬鋰負(fù)極片及其制備方法，和使用該金屬鋰負(fù)極片的金屬鋰二次電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池是由正極片、負(fù)極片、隔膜以及電解液或電解質(zhì)組成的可充電電池，其因具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及環(huán)境友好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信設(shè)備、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品中，并逐漸在電動(dòng)交通工具以及儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)揮作用。目前鋰離子電池的負(fù)極材料多采用石墨，由于石墨的理論比容量有限，隨著市場(chǎng)對(duì)電池能量密度的要求越來(lái)越高，金屬鋰負(fù)極作為一種理論比容量高的負(fù)極被廣泛研究。

雖然金屬鋰負(fù)極有非常高的理論比容量(3861mAh/g)，用做鋰電池負(fù)極可以提高電池能量密度，但是與石墨負(fù)極充放電時(shí)鋰離子在石墨片層中發(fā)生嵌入和脫出的過(guò)程不同，金屬鋰負(fù)極在充放電時(shí)發(fā)生的是鋰的化學(xué)沉積和溶解的過(guò)程，這種沉積和溶解過(guò)程會(huì)帶來(lái)相當(dāng)大的體積變化，而且會(huì)發(fā)生不均勻沉積，產(chǎn)生鋰枝晶刺破隔膜，導(dǎo)致短路的安全事故。因此，盡管金屬鋰負(fù)極已被廣泛研究，但還未見其商業(yè)化應(yīng)用。

為了解決金屬鋰負(fù)極應(yīng)用中的鋰枝晶問(wèn)題，有一種解決思路被廣泛應(yīng)用，就是在金屬鋰表面覆蓋一層保護(hù)膜。公開號(hào)為CN104966814A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種高安全性的金屬鋰負(fù)極及其制備方法，該方法采用厚度為0.02～0.2μm的硅基保護(hù)層蒸鍍?cè)阡嚪勰┒嗫纂姌O上，以此提高金屬鋰負(fù)極的安全性。公開號(hào)為CN106159200A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種具有保護(hù)涂層的金屬鋰負(fù)極及其制備和應(yīng)用，采用組裝分子層和無(wú)機(jī)快離子導(dǎo)體層在金屬鋰負(fù)極活性物質(zhì)層表面構(gòu)建固態(tài)電解質(zhì)界面膜，以此達(dá)到抑制鋰枝晶的目的。公開號(hào)為CN105489944A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了采用金屬鋰做負(fù)極的全固態(tài)電池制備方法，在金屬鋰表面涂覆負(fù)極材料薄層來(lái)抑制鋰枝晶。公開號(hào)為CN105489845A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種基于PVD制備全固態(tài)鋰離子電池用薄層金屬鋰基負(fù)極的方法，在薄層金屬鋰基負(fù)極材料表面沉積薄層金屬保護(hù)層，從而抑制鋰枝晶。公開號(hào)為CN105280886A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了金屬鋰負(fù)極表面原位處理方法與應(yīng)用，通過(guò)少量含磷酸類物質(zhì)的處理液與金屬鋰及其表面的鈍化層反應(yīng)生成以磷酸鋰為主的界面保護(hù)層，以此抑制鋰枝晶。公開號(hào)為CN105845891A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種具有雙層結(jié)構(gòu)的金屬鋰負(fù)極，該金屬鋰負(fù)極由底層的金屬鋰層及上層的表面覆蓋層構(gòu)成，所述表面覆蓋層為碳材料、聚合物材料和玻璃纖維中的一種或幾種。以上幾種金屬鋰負(fù)極的制備方法均可在一定程度上抑制鋰枝晶，但不能完全消除鋰枝晶生長(zhǎng)的影響，金屬鋰二次電池的安全性能及循環(huán)性能仍有待進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬鋰負(fù)極片，可以抑制鋰枝晶，防止電池短路，提高金屬鋰二次電池的安全性能以及循環(huán)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種金屬鋰負(fù)極片的制備方法。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有金屬鋰負(fù)極片的金屬鋰二次電池。

為了實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

金屬鋰負(fù)極片，包括：集流體，所述集流體上形成有金屬鋰層，所述金屬鋰層上形成有復(fù)合導(dǎo)電膜。

可選的，所述金屬鋰層是金屬鋰箔壓合于集流體上形成的金屬鋰層；或金屬鋰層是金屬鋰鍍?cè)诩黧w表面形成的金屬鋰層。

可選的，所述集流體為銅箔或多孔銅箔或刻蝕銅箔或銅網(wǎng)或鎳網(wǎng)或泡沫銅或泡沫鎳。

可選的，所述集流體為銅箔或多孔銅箔或刻蝕銅箔時(shí)，集流體的厚度小于20μm；所述集流體為銅網(wǎng)或鎳網(wǎng)時(shí)，集流體的厚度小于200μm；所述集流體為泡沫銅或泡沫鎳時(shí)，集流體的厚度小于1000μm。

可選的，所述金屬鋰層的厚度為1μm～500μm。

可選的，所述復(fù)合導(dǎo)電膜為由導(dǎo)電劑與聚合物電解質(zhì)混合制成的混合溶液形成于所述金屬鋰層上的薄膜，厚度為0.1～100μm。

可選的，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑或碳納米管或石墨烯或碳纖維中的一種或幾種。

可選的，聚合物電解質(zhì)為聚氧化乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯酸酯或聚碳酸酯或聚丙烯腈中的一種或幾種。

為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

制備前述金屬鋰負(fù)極片的方法，步驟如下：

將金屬鋰箔與集流體壓合在一起，或者將金屬鋰鍍?cè)诩黧w表面，從而在集流體表面形成金屬鋰層；

將聚合物電解質(zhì)溶于溶劑中制成聚合物電解質(zhì)溶液，將導(dǎo)電劑加入聚合物電解質(zhì)溶液中攪拌均勻后，經(jīng)混合溶液涂布于基材上，蒸干溶劑后得到復(fù)合導(dǎo)電膜；