[發明專利]金屬鋰表面保護方法及設備、負極極片和鋰電池

有效

• 申請號: 201811330196.5
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109638235B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 王莉;何向明;樸楠;盛思鍔
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M4/04;H01M4/134;H01M4/1395
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發明提供一種金屬鋰表面保護方法，包括以下步驟：提供卷繞在第一放卷裝置上的鋰帶，以及卷繞在第二放卷裝置上的反應物帶材，將所述鋰帶和所述反應物帶材放卷；使放卷的所述鋰帶與所述反應物帶材通過對輥輥壓裝置輥壓而相互接觸，發生自發化學反應，從而在所述鋰帶表面生成保護層；以及通過收卷裝置對輥壓后的所述鋰帶和所述反應物帶材進行收卷。表面保護的金屬鋰可以適用但不限于電池領域，提高鋰電池的壽命和安全性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別是涉及金屬鋰表面保護方法及設備、負極極片和鋰電池。

背景技術

金屬鋰是重要的一次及二次電池負極材料。金屬鋰的理論容量為3860mAh/g，而傳統石墨負極的理論容量為372mAh/g，金屬鋰以其十倍于傳統石墨負極的理論容量和最負的電勢(金屬鋰的電化學勢為-3.045V)，成為電池儲能界的“圣杯”。

目前限制金屬鋰負極應用的主要問題是充電過程中的枝晶生長。由于金屬鋰比較活潑，與電解液尤其是酯類電解液會發生反應，鋰枝晶的生長一方面造成電解液持續被消耗、電池循環壽命受到影響，另一方面，鋰枝晶在放電時極容易被折斷或者從基體脫落，折斷或者脫落的部分因為與電極隔絕了電接觸而無法繼續參與電極反應，變為“死鋰”，導致電池過電位越來越高，影響電池的循環使用壽命，同時造成電池的安全隱患。更嚴重的是，枝晶可能穿過隔膜，將正極與負極連通從而短路，引發熱失控，使電池著火，甚至爆炸。

發明內容

基于此，有必要針對金屬鋰性質活潑的問題，提供一種金屬鋰表面保護方法及設備、負極極片和鋰電池。

本發明提供一種金屬鋰表面保護方法，包括以下步驟：

提供卷繞在第一放卷裝置上的鋰帶，以及卷繞在第二放卷裝置上的反應物帶材，將所述鋰帶和所述反應物帶材放卷；

使放卷的所述鋰帶與所述反應物帶材通過對輥輥壓裝置輥壓而相互接觸，發生自發化學反應，從而在所述鋰帶表面生成保護層；以及

通過收卷裝置對輥壓后的所述鋰帶和所述反應物帶材進行收卷。

在其中一個實施例中，所述放卷、所述輥壓和所述收卷同時在所述鋰帶和所述反應物帶材的不同部分進行。

在其中一個實施例中，所述鋰帶和所述反應物帶材同步運動。

在其中一個實施例中，所述反應物帶材包括與所述鋰帶發生所述自發化學反應的反應物，所述反應物包括能與鋰形成合金的單質及含氟、硫、磷或氯的無機鹽和/或有機聚合物中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述能與鋰形成合金的單質包括金、銀、鎂、鋁、鋅、鉑、錫、銦、硅及碳中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述含氟、硫、磷或氯的無機鹽和/或有機聚合物包括氟化物、磷化物、硫化物、氯化物、聚偏氟乙烯及含氟、硫、磷或氯的無機鹽摻雜的聚偏氟乙烯中的至少一種。

所述含氟、硫、磷或氯的無機鹽的陽離子為鋰離子或者可與鋰離子形成合金的金屬陽離子。

在其中一個實施例中，本發明所述金屬鋰表面保護方法，還包括向輥壓前的所述鋰帶或所述反應物帶材表面施加鋰鹽溶液或施加可溶解或溶脹所述反應物帶材的溶劑，使輥壓時所述鋰鹽溶液或所述溶劑夾于所述鋰帶和所述反應物帶材之間。

在其中一個實施例中，所述鋰鹽包括磷化鋰、硫化鋰、硒化鋰、氯化鋰、氟化鋰、硫酸鋰、六氟磷酸鋰、雙(三氟甲基)磺酰亞胺鋰和雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述溶劑包括二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、二甲基碳酸酯、二甲醚、二甲基亞砜和乙腈中的一種或多種。

在其中一個實施例中，本發明所述金屬鋰表面保護方法，進一步包括在輥壓的同時加熱所述鋰帶和所述反應物帶材。