[發(fā)明專利]一種具有固液復合界面層的金屬鋰負極的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109830656B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 張強;李滔;程新兵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525;H01M10/0569
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種具有固液復合界面層的金屬鋰負極的制備方法,屬于二次電池技術領域。該方法首先將鋰帶和界面層疊放，再通過軋機進行輥壓，使界面層粘連在鋰帶的表面；然后用醚類電解液將鋰帶表面的界面層潤濕，即可制得具有固液復合界面層的金屬鋰負極。所述界面層材質為無紡布、碳布、碳紙、玻璃纖維和納米碳層中的一種或多種；醚類電解液由溶劑和鋰鹽組成。本發(fā)明通過利用多界面層對醚類電解液的吸附作用，在金屬鋰表面形成一層固液復合保護層，此固液復合保護層能使金屬鋰負極在酯類電解液中的循環(huán)壽命提升50％。

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬鋰負極的制備方法,特別涉及一種具有固液復合界面層的金屬鋰負極的制備，屬于二次鋰電池技術領域。

背景技術

金屬鋰負極具有極高的理論比容量(3860mAh g^–1)和極低的電勢(–3.04V，相對于標準氫電極)，是下一代高能量密度金屬鋰電池的理想負極材料。然而，由于鋰枝晶的生長所引起的安全隱患和庫倫效率低等問題，導致金屬鋰負極至今尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用。金屬鋰負極可與傳統(tǒng)正極材料(如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元正極材料)、硫正極、O₂等正極材料進行匹配。目前，硫正極、O₂仍處于研發(fā)階段，因而金屬鋰負極與傳統(tǒng)正極材料進行匹配組裝成全電池有望在相對較短時期內實現(xiàn)商業(yè)化應用。

傳統(tǒng)正極材料由于脫嵌鋰電位較高，一般需與電化學窗口更寬、安全性能更好的酯類電解液體系(如1摩爾的六氟磷酸鋰(LiPF₆)溶于1:1的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)中)相匹配，而金屬鋰負極在酯類電解液中因與溶劑發(fā)生嚴重副反應而導致庫倫效率低。大量研究表明，金屬鋰負極在醚類電解液體系中的循環(huán)穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于酯類電解液體系。如能同時實現(xiàn)正極在酯類電解液環(huán)境工作，金屬鋰負極則在醚類電解液環(huán)境工作，則有望解決上述存在的矛盾。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有固液復合界面層的金屬鋰負極的制備方法，旨在利用界面層的高比表面積、孔隙來吸附醚類電解液，在金屬鋰負極表面形成一層固液復合保護層，使其制備的金屬鋰負極能在酯類電解液中穩(wěn)定工作。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種具有固液復合界面層的金屬鋰負極的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)將鋰帶和界面層對齊疊放，再通過軋機進行輥壓，使界面層粘連在鋰帶的表面；

2)用醚類電解液將鋰帶表面的界面層潤濕，所述醚類電解液的用量在3-20μL/cm²；獲得具有固液復合界面層的金屬鋰負極。

本發(fā)明所述界面層選自無紡布、碳布、碳紙、玻璃纖維和納米碳層中的一種或多種。所述的納米碳層優(yōu)選為石墨、石墨烯或碳納米管；優(yōu)選地，所述界面層的厚度控制在2-150μm。

優(yōu)選地，所述醚類電解液由溶劑和鋰鹽組成，電解液中鋰鹽的摩爾濃度控制在1-4mol/L；所述溶劑選自乙二醇二甲醚和1,3-二氧戊環(huán)中的一種或兩種；所述鋰鹽選自雙二氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰和硝酸鋰中的一種或多種。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性的技術效果：該發(fā)明的創(chuàng)新性和實用性在于利用界面層的高比表面積、孔隙來吸附醚類電解液，使其在金屬鋰負極表面形成一層固液復合保護層。實驗研究表明，此固液復合保護層能使金屬鋰負極在酯類電解液中的循環(huán)壽命提升50％。

附圖說明

圖1是實施例中金屬鋰負極結構示意圖。

圖中：1-固液復合界面層；2-鋰帶。

圖2是實施例1中所得銅箔/超薄鋰帶/納米碳層復合負極表面SEM圖。

圖3是實施例1中所得銅箔/超薄鋰帶/納米碳層復合負極橫截面SEM圖。