[發明專利]鋰電池負極及其制備方法

有效

• 申請號: 201810697214.7
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN110660967B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王亞龍;陳強;牟翰波;孔德鈺;孫青海
• 申請（專利權）人: 中能中科（天津）新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/38;H01M4/40;H01M4/66;H01M4/74;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 賀衛國

本發明公開了一種鋰電池負極及其制備方法。本發明的鋰電池負極包含金屬鋰或鋰合金復合材料，其由具有鋰離子傳導能力的多孔網狀結構的聚合物支撐骨架和結合于所述支撐骨架上的金屬鋰或鋰合金組成，具備鋰離子和電子導通網絡，可以抑制枝晶形成并確保在深度放電過程中電極結構的穩定性。

技術領域

本發明屬于能源電池技術領域，特別涉及一種鋰電池負極及其制法。

背景技術

金屬鋰作為鋰電池負極可以大幅度提高電池的能量密度，但是一直沒有商業化，主要原因在于：(1)缺乏厚度精確可控的金屬鋰帶的制備，避免金屬鋰的浪費，提高負極利用率；(2)金屬鋰循環過程中，鋰負極表面會形成枝晶，引發安全隱患，另一方面，電解質/金屬鋰界面不斷演化，導致電池內阻增大，循環性能變差。

在制備超薄鋰帶方面，采用傳統的輥壓法制備厚度為100μm以下的金屬鋰難以連續化的生產，并且無法制備超寬的金屬鋰薄帶。而采用熔融的金屬鋰涂敷在極材上的方法，由于金屬鋰具有非常的大的表面張力，和極材的浸潤性不好，難以鋪展均勻，同時整個過程中需要在純氬氣或是真空環境中進行，生產連續性差，生產效率低。

在高循環穩定性的金屬鋰負極方面，金屬鋰-骨架碳材料的粉體作為電極雖然可以有效的抑制枝晶形成，緩解電極的體積膨脹，但是這種粉體材料還需要制備成電極，增加了電池生產步驟。而將金屬鋰和常規骨架載體兩相結合形成柔性電極，由于液體金屬鋰的表面張力較大，很難和載體材料結合，而氣態的金屬鋰分子同樣也和載體的粘結性差，會造成后續工藝中電極兩相結構的脫離，另外，在深度放電過程中，電極仍會出現膨脹問題，不利于循環長期的循環。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鋰電池負極及其制備方法，所述鋰電池負極包含帶有支撐骨架的金屬鋰或鋰合金復合材料。

本發明采用的技術方案包括：

在一些實施例中提供一種鋰電池負極，其包含帶有支撐骨架的金屬鋰或鋰合金復合材料，上述帶有支撐骨架的金屬鋰或鋰合金復合材料由具有鋰離子傳導能力的多孔網狀結構的聚合物支撐骨架和結合于所述支撐骨架上的金屬鋰或鋰合金組成。

所述聚合物支撐骨架的材料可以包括：選自聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)中的至少一種聚合物材料，或者上述聚合物材料中的至少一種和鋰離子傳導性無機化合物的混合物。

所述鋰離子傳導性無機化合物可以包括鋰鑭鋯氧化物納米顆粒、鋰硫磷類化合物納米顆粒、氧化鋁納米顆粒、氧化錫納米顆粒、高氯酸鋰、碘化鋰、硝酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞氨基鋰中的至少一種；并且在所述聚合物材料和鋰離子傳導性無機化合物的混合物中，所述鋰離子傳導性無機化合物與所述聚合物材料的重量比可以為1:5至1:100，優選1:10至1:50。

所述聚合物支撐骨架可以通過靜電紡絲或溶液涂敷工藝制備。

所述聚合物支撐骨架可以具有20-99％的孔隙率，孔隙大小為1μm-200μm，優選孔隙率大于90％，空隙大于50μm。

所述聚合物支撐骨架可以具有1μm-500μm的厚度，優選5μm-200μm的厚度。

所述金屬鋰或鋰合金可以通過氣相沉積法結合到所述聚合物支撐骨架上。金屬鋰或鋰合金可以覆蓋在聚合物支撐骨架表面以及骨架的孔隙中。

所述鋰合金除包含元素Li外，還可以包含Ag、Al、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Fe、Ga、Ge、Hf、Hg、In、Ir、K、Mg、Mn、Mo、N、Na、Nb、Ni、Pt、Pu、Rb、Rh、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、TI、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb、Cu中的至少一種合金成分；優選地，所述鋰合金中包含質量百分比為50％～99.99％的鋰。