[發明專利]一種鋰金屬負極及其制備方法和使用該負極的鋰電池

有效

• 申請號: 201910341520.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110098379B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 崔言明;劉張波;許曉雄;黃園橋
• 申請（專利權）人: 浙江鋒鋰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰電池，公開了一種鋰金屬負極及其制備方法和使用該負極的鋰電池，鋰金屬負極制備方法如下：選擇鋰鹽和有機溶劑混合配置電解液，將電解液和增稠劑按比例混合均勻得到粘稠液體A，再按比例向粘稠液體A中加入體積當量直徑為1?30μm的鋰粉，攪拌混合均勻，得到膏狀的鋰膏，將鋰膏均勻涂覆于集流體上，即可得到鋰金屬負極，較現有鋰金屬負極而言，極大提高了鋰金屬負極的面容量，并且極大提高電子/離子反應面積，進而提高鋰電池的高能量性能，滿足了鋰電池高能量、高功率密度的需求，另外有利于降低鋰枝晶速率、提高鋰金屬負極可加工性，由此使用本申請鋰金屬負極的鋰電池，其充放電循環性好且具有高能量、高功率密度的特性。

技術領域

本發明涉及鋰電池，特別涉及一種鋰金屬負極及其制備方法和使用該負極的鋰電池。

自Sony公司研發使用石墨負極以插層反應為機理的商用鋰離子電池以后，鋰離子電池快速發展。但是商用化的以石墨作為負極的鋰離子電池難以滿足對長續航以的要求，鋰離子電池發展至今，具有十倍于傳統石墨負極的理論容量和更低的最低負電勢的鋰金屬負極成為了當下鋰金屬電池熱門的研究方向。

現有市場上成功得以實際應用的鋰金屬電池，其能量密度和電流密度均較小，巴黎汽車共享服務“Autolib”使用了近4000輛Bluecar，這是世界上首次用于EV(ElectricVehicle，電動汽車)的商業化鋰金屬電池，其能量密度只有170wh/kg，并且為了提高工作電流，鋰金屬電池的工作溫度需高達80℃。而限制高能量、高功率密度的鋰金屬電池推廣的原因包括：由于現有的鋰金屬負極的表面鋰沉積位點有限，局部電流較大，鋰金屬電池在充放電過程中，尤其是大電流充電時，鋰金屬負極的表面鋰不均勻沉積，易產生鋰枝晶，鋰枝晶還會刺穿隔膜，引發電池的失效或安全問題，而且部分枝晶會脫離而形成無法再被利用的“死鋰”，導致庫倫效果降低。

現有的技術中抑制鋰金屬負極上鋰枝晶的生長，主要關注形成更穩定的鋰金屬/電解質界面或用物理阻擋層壓制枝晶生長，然而上述方法僅僅在低面容量密度下(0.5-1.0mAh/cm²)以及低電流密度(＜0.5mA/cm²)下可以起到有效作用，面對高能量、高功率密度電池的制備和研究時，效果有限。

同時，常規的鋰金屬箔片負極在放電過程中提供的電子/離子反應面積有限，不能承受更大的電流放電，限制了鋰金屬電池的能量功率上限和能量密度；常規的鋰金屬箔片負極在鋰金屬電池充放電循環過程中伴隨極大的膨脹收縮，不利于鋰金屬箔片負極具有較高的循環穩定性以及在固態電池等的應用；常規的鋰金屬箔片負極由于高活性以及延展性，超薄處理加工不方便；再者，常規的鋰金屬負極對電解液無任何吸收作用，電解液在長期貯存過程中，被正極過分吸收，導致電解液在電池中分布不均勻，不利于電池的貯存以及高溫性能。上述等問題造成了當下高能量、高功率密度的鋰金屬電池推廣受到限制的現狀。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的第一個目的在于提供一種鋰金屬負極，極大提高了鋰金屬負極的面容量和電子/離子反應面積，進而提高鋰金屬電池的高能量性能，滿足了鋰金屬電池高能量、高功率密度的需求。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種鋰金屬負極，包括集流體和覆蓋于集流體一側的鋰膏層，所述集流體為惰性導電材料，所述鋰膏層由膏狀的鋰膏涂覆得到，所述鋰膏包括以下質量份數的原料混合而成：

鋰粉 10-60份，

增稠劑 10-20份，

電解液 30-80份，

所述鋰粉的體積當量直徑為1-30μm，

所述電解液為鋰鹽和有機溶劑混合配制得到，所述電解液中鋰鹽濃度為0.5mol/L-5mol/L，所述有機溶劑均不與鋰粉、鋰鹽反應。