[發(fā)明專(zhuān)利]一種超薄金屬鋰復(fù)合體及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711260364.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109873122B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭玉國(guó);王書(shū)華;董為;殷雅俠;王春儒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京壹金新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/1395
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/1395;H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

公開(kāi)了一種超薄金屬鋰復(fù)合體及其制備方法和用途，所述方法包括在基底上預(yù)先制備有機(jī)過(guò)渡層，在水值≤0.1ppm，氧值≤0.1ppm的氬氣保護(hù)氣氛下，將具有過(guò)渡層的基底和熔融態(tài)鋰接觸，熔融態(tài)的金屬鋰將在基底表面迅速鋪展，形成鋰薄層。所述超薄金屬鋰可以預(yù)先將鋰存儲(chǔ)在集流體上，可作為抑制鋰枝晶的安全鋰負(fù)極使用，也可以用于負(fù)極補(bǔ)鋰工藝，亦可以借助基底上過(guò)渡層的圖案化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)超薄鋰層的高度可控制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種超薄金屬鋰的制備方法及其用途。

背景技術(shù)

便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車(chē)的迅速發(fā)展，對(duì)其中儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的鋰離子電池性能提出越來(lái)越高的要求。鋰金屬具有極高的理論容量(3860mA h g^-1)和最低的氧化還原標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)而備受電池研究工作者的關(guān)注，目前已成為下一代二次電池的研究熱點(diǎn)。金屬鋰負(fù)極在商業(yè)化過(guò)程中存在的主要障礙為鋰的不均勻沉積以及鋰金屬和電解液之間的副反應(yīng)，尤其是鋰的不均勻沉積引起的鋰枝晶不僅導(dǎo)致電池庫(kù)倫效率降低，還有可能刺穿隔膜使得電池內(nèi)部短路從而誘發(fā)重大安全問(wèn)題。因此鋰金屬的安全設(shè)計(jì)在其使用過(guò)程中具有重大意義。

商業(yè)化的鋰片，最薄仍具有50μm的厚度，考慮到成本，科研單位實(shí)驗(yàn)室常用的鋰片厚度約600μm，在目前的正極材料面容量的匹配下，商業(yè)化的鋰片所具有的面容量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)量。為了節(jié)約使用鋰金屬并抑制鋰負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中存在的枝晶及庫(kù)倫效率較低等問(wèn)題，近幾年來(lái)很多研究者采用電沉積方法制備了安全性較高的鋰負(fù)極。研究表明，多孔集流體的使用將能在一定程度上改善鋰枝晶的問(wèn)題。一些負(fù)極材料，比如硅碳材料，若采用補(bǔ)鋰工藝，有望使其性能得到進(jìn)一步改善。補(bǔ)鋰工藝中的所需要的鋰一般較薄(～3mAh cm^-2，對(duì)應(yīng)的厚度為15μm)，將超薄的金屬鋰層和硅碳材料復(fù)合，將使得硅碳負(fù)極材料具有更廣闊的應(yīng)用前景。此外，能實(shí)現(xiàn)超薄鋰層的可控制備非常重要，將其變?yōu)榫哂锌煽匦缘匿噷樱瑢⒂兄谄鋸V泛用于電子器件。

目前鋰帶的制備方法主要是通過(guò)熔融法，CN104332586A公開(kāi)了一種鋰帶的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：S10、預(yù)冷隔膜：通過(guò)預(yù)冷裝置預(yù)先將電池隔膜的溫度降低；S20、熔融鋰錠：通過(guò)加熱裝置將金屬鋰錠的溫度升高，使固態(tài)的金屬鋰錠變成熔融狀的鋰流體；S30、敷覆鋰流體：將熔融狀的所述鋰流體敷覆在已經(jīng)被預(yù)先冷卻的所述電池隔膜表面；S40、終冷隔膜：通過(guò)終冷裝置將已經(jīng)敷覆所述鋰流體的所述電池隔膜再次降低溫度，使所述鋰流體凝固形成鋰帶。同時(shí)還公開(kāi)一種使用上述方法制作鋰帶的生產(chǎn)設(shè)備。通過(guò)提供一種鋰帶的生產(chǎn)方法及生產(chǎn)設(shè)備，取代傳統(tǒng)的滾壓制作超薄鋰帶的生產(chǎn)方式，避免了滾壓過(guò)程中的鋰帶變色、厚度均勻性不可控等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效、可靠地生產(chǎn)鋰帶。除了加熱熔融法制備鋰，還可以通過(guò)電沉積的方法制備鋰帶，CN106702441A公開(kāi)了一種連續(xù)電沉積制備鋰帶的方法，該方法包括依次進(jìn)行的如下步驟：a、前處理：對(duì)金屬基帶進(jìn)行活化處理；b、電沉積鋰：采用恒流電沉積鋰，先控制電流密度為5-50mA/cm²，沉積0.5-10s；再調(diào)整電流密度為0.02-1mA/cm²，沉積時(shí)間為1-10h；c、后處理：將電沉積后的金屬帶進(jìn)行鈍化，得到金屬鋰帶。該金屬鋰帶各處厚度均勻致密，通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度與浸入鍍液時(shí)間來(lái)調(diào)控鋰鍍層的厚度，易于制得各類(lèi)厚度的鋰帶，但需要非常精確地控制電沉積條件，相比熔融法，需要的時(shí)間也較差，工藝參數(shù)相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率偏低。