[實用新型]金屬鋰復合負極材料及鋰電池結構

有效

• 申請號: 201820424816.0
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN208272023U
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 向勇;伍芳;張曉琨
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本實用新型涉及鋰離子電池領域，具體為提供一種金屬鋰復合負極材料及鋰電池結構。本實用新型所提供的金屬鋰復合負極材料以碳納米管薄膜為電鍍基底，先電鍍一定厚度的金屬鍍層，以提升材料的電子導電率；再將金屬鋰顆粒分布在非鋰金屬鍍層?碳納米管復合體的中空內部和/或非鋰金屬鍍層?碳納米管復合薄膜中非鋰金屬鍍層?碳納米管復合體之間的空隙，以構成三維網絡骨架結構。結合碳納米管的高強度與中空結構、非鋰金屬鍍層的高導電性的優點，用于支撐金屬鋰活性材料的快速脫嵌，從而提高其循環穩定性。

【技術領域】

本實用新型涉及鋰離子電池領域，特別涉及一種金屬鋰復合負極材料及鋰電池結構。

【背景技術】

傳統鋰離子充電電池一般采用的是有機電解液，近幾年，開發高能量密度含鋰負極的電池是研究熱點。金屬鋰具有重量輕、能量密度高的優點，但是，金屬鋰負極的商業化應用受到以下限制：巨大的體積膨脹及鋰枝晶生長問題，因此，金屬鋰負極的循環及安全性能有待改善。

從實用的角度來看，對于金屬鋰負極來說，由于其沒有主體，體積變化大。這就意味著在極端的循環過程中，當鋰全部遷移到正極時，可能會出現負極完全沒有鋰的情況，電池的結構穩定性差，對其循環穩定性能是巨大的挑戰。

另一方面，枝晶生長對金屬鋰電池的影響巨大。尤其是在大電池中，其電流密度不均勻帶來的鋰離子不均勻沉積的問題尤其突出。對于一個實用化的軟包電池，負極電流很容易達到幾百毫安，如果負極表面不均勻，在某些位置形成極大的局部電流，將會帶來嚴重的枝晶生長。枝晶會帶來負極的粉化，進而造成電池干液直至電池壽命結束。從根本上理解金屬鋰枝晶的形核和沉積行為對于早日實現金屬鋰電池的安全性意義重大。

【實用新型內容】

為克服現有鋰離子電池的安全性的問題，本實用新型提供了一種金屬鋰復合負極材料及鋰電池結構。

本實用新型為解決上述技術問題，提供一技術方案如下：一種金屬鋰復合負極材料，其包括非鋰金屬鍍層-碳納米管復合體及分布在非鋰金屬鍍層-碳納米管復合體的中空內部和/或非鋰金屬鍍層-碳納米管復合體之間空隙的金屬鋰顆粒，所述非鋰金屬鍍層-碳納米管復合體構成一三維網絡骨架結構；其中，所述非鋰金屬鍍層-碳納米管復合體包括碳納米管及形成在碳納米管外表面和/或碳納米管之間的空隙的非鋰金屬鍍層。

優選地，所述碳納米管包括單壁碳納米管和/ 或多壁碳納米管。

優選地，所述碳納米管的外徑為10-200nm，所述碳納米管的內徑為2-100nm，所述碳納米管的長度為0.1-20μm。

優選地，所述非鋰金屬鍍層的材質包括銅、鎳、錫中的一種或幾種。

優選地，所述非鋰金屬鍍層的厚度為0.1-4μm。

優選地，所述金屬鋰顆粒的直徑為 5nm-600nm。

優選地，所述金屬鋰顆粒與所述金屬鋰復合負極材料的質量之比為1:(20-100)。

優選地，所述金屬鋰復合負極材料為薄膜狀，所述金屬鋰復合負極材料的厚度為0.1-20μm。

本實用新型為解決上述技術問題，提供又一技術方案如下：一種鋰電池結構，其包括如上所述金屬鋰復合負極材料作為鋰電池結構的負極結構的薄膜層。

優選地，所述負極結構還包括負極集流體層，所述金屬鋰復合負極材料形成于所述負極集流體層之上。

與現有技術相比，本實用新型所提供的所述金屬鋰復合負極材料及鋰電池結構具有如下的有益效果：