[發明專利]超薄金屬鋰電極及其制備以及作為二次鋰電池負極的用途

有效

• 申請號: 201911241973.3
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN112928238B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 楊樹斌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 李巖

1.一種超薄金屬鋰電極，其特征在于，包括金屬鋰層和集流體層，所述金屬鋰層覆載在所述集流體層的表面，所述金屬鋰層的厚度介于1μm至100μm之間，所述金屬鋰層包括金屬鋰、添加成分和骨架成分；

所述添加成分包括：表面含有鹵族元素官能團的石墨烯或MXenes材料；

所述骨架成分是具有一維和/或二維結構的納米材料，所述一維或二維結構的納米材料能夠在該金屬鋰層內部形成三維網絡結構。

2.如權利要求1所述的超薄金屬鋰電極，其特征在于，所述金屬鋰層的成分還包括能夠與金屬鋰形成鋰合金的合金元素Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一種或多種，所述合金元素具有降低液態金屬鋰的表面張力的作用。

3.如權利要求1所述的超薄金屬鋰電極，其特征在于，所述MXenes材料包括：過渡金屬氮化物、過渡金屬碳化物、過渡金屬碳氮化合物的一種或多種；所述鹵族元素官能團包括-F、-Cl、-Br或-I中的一種或多種；所述一維結構的納米材料包括：碳納米管、碳纖維、聚合物纖維、玻璃纖維或金屬纖維中的一種或多種；所述二維結構的納米材料包括：石墨烯、氮化硼、氮化碳或碳納米帶中的一種或多種。

4.如權利要求1至3中任一項所述的超薄金屬鋰電極，其特征在于，所述集流體層的材料包括銅、不銹鋼或鎳中的一種。

5.如權利要求1至3中任一項所述的超薄金屬鋰電極，其特征在于，在所述金屬鋰層中所述添加成分的質量含量介于0.01wt.%至50wt.%之間；和/或，所述骨架成分的質量含量介于0.1wt.%至50wt.%之間。

6.一種超薄金屬鋰電極的制備方法，其特征在于，包括步驟：

加熱步驟：在惰性氣體的環境下，將金屬鋰或鋰合金、添加成分和骨架成分的混合物加熱至金屬鋰或鋰合金熔融至液態，得到混合鋰漿；

覆載步驟：將所述混合鋰漿覆載于集流體層上，形成薄膜層，所述薄膜層冷卻固化成為厚度介于1μm至100μm的固態的金屬鋰層，得到超薄金屬鋰電極；

所述添加成分包括：表面含有鹵族元素官能團的石墨烯或MXenes材料；

所述骨架成分是具有一維或二維結構的納米材料，所述一維或二維結構的納米材料能夠在該金屬鋰層內部形成三維網絡結構。

7.如權利要求6所述的超薄金屬鋰電極的制備方法，其特征在于，所述鋰合金中的合金元素Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一種或多種，所述合金元素具有降低液態金屬鋰的表面張力的作用。

8.如權利要求6或7所述的超薄金屬鋰電極的制備方法，其特征在于，所述MXenes包括：過渡金屬氮化物、過渡金屬碳化物、過渡金屬碳氮化合物的一種或多種；所述鹵族元素官能團包括-F、-Cl、-Br或-I中的一種或多種；所述一維結構的納米材料包括：碳納米管、碳纖維、聚合物纖維、玻璃纖維或金屬纖維中的一種或多種；所述二維結構的納米材料包括：石墨烯、氮化硼、氮化碳或碳納米帶中的一種或多種。

9.一種二次鋰電池，包括正極和負極，所述正極與所述負極由隔膜間隔開，其特征在于，如權利要求1至5任一項所述超薄金屬鋰電極作為負極。

10.如權利要求9所述的二次鋰電池，所述正極包括正極材料和正極集流體，其特征在于，所述正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、硫、聚硫、空氣、氧氣或二氧化碳中的一種。