[發明專利]一種金屬鋰復合電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202010062696.6
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244394B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 楊書廷;高志文;王秋嫻;岳紅云
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發明涉及一種金屬鋰復合電極及其制備方法，屬于電池的電極領域。該金屬鋰復合電極包括集流體和金屬鋰復合材料，集流體提供三維多孔網絡骨架，金屬鋰復合材料通過粘接劑粘接在所述三維多孔網絡骨架的孔中以及外表面上；所述金屬鋰復合材料由惰性鋰粉、導電劑、無機快離子導體材料構成；所述金屬鋰復合材料中，導電劑的質量含量為0.5?10％，無機快離子導體材料的質量含量為1?20％。本發明提供的金屬鋰復合電極，集流體、粘接劑與金屬鋰復合材料形成類混凝土網絡結構，這種類混凝土網絡結構可以保證金屬鋰充分反應的同時使整個電極保持穩定的結構。

技術領域

本發明屬于電池的電極領域，具體涉及一種金屬鋰復合電極及其制備方法。

背景技術

鋰二次電池因其較高的能量密度和較長的使用壽命，在電能儲存方面占據著重要地位，但鋰離子電池目前的能量密度仍不能滿足電動汽車、無人機、部分3C產品的需求。傳統鋰離子電池正、負極材料基本被開發至接近于理論容量。為進一步提升鋰離子電池的能量密度，理論容量高的金屬鋰負極再次成為人們關注的對象。在第一代鋰二次電池中由于安全性問題，金屬鋰被石墨代替，隨著科技的進步，金屬鋰的安全問題正逐步被解決，普遍認為有望再次實現商業應用。

以金屬鋰片作為負極存在的問題主要有：1、鋰枝晶的生長發生斷裂導致死鋰產生，電池庫倫效率下降；2、鋰枝晶不斷生長甚至刺破隔膜導致電池短路、引起熱失控，發生安全問題3、與電解液反應造成電解液損耗等。在這些問題當中，根本性的問題是鋰的活潑性強，容易產生枝晶。以上問題的根本原因在于鋰的活潑性強，容易產生枝晶，反映的電極結構上，是鋰負極的結構穩定性極差，鋰負極鋰離子電池的循環性能和倍率性能下降較快。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬鋰復合電極，從而解決金屬鋰片作為負極的結構穩定性差的問題。

本發明的第二個目的在于提供上述金屬鋰復合電極的制備方法。

為實現上述目的，本發明的金屬鋰復合電極所采用的技術方案是：

一種金屬鋰復合電極，包括集流體和金屬鋰復合材料，集流體提供三維多孔網絡骨架，金屬鋰復合材料通過粘接劑粘接在所述三維多孔網絡骨架的孔中以及外表面上；所述金屬鋰復合材料由混合電導材料和惰性鋰粉組成，所述混合電導材料由導電劑和無機快離子導體材料組成；所述金屬鋰復合材料中，導電劑的質量含量為10-90％，無機快離子導體材料的質量含量為1-20％。

本發明提供的金屬鋰復合電極，以三維多孔網絡骨架材料為集流體，在提供支撐的同時可以在三維尺度上進行電子傳導，增強極片的電子傳導，鋰離子導體提供離子遷移通道，粘接劑提高極片的整體性同時可以給充放電過程中金屬鋰的體積變化提供緩沖，集流體、粘接劑與金屬鋰復合材料形成類混凝土網絡結構，這種類混凝土網絡結構可以保證金屬鋰充分反應的同時使整個電極保持穩定的結構。

在金屬鋰復合電極中，以惰性鋰粉、導電劑、無機快離子導體材料構成的金屬鋰復合材料降低鋰枝晶的原因為，降低電極表面的電子導電性，提高電極的離子電導，為充放電過程中金屬鋰膨脹提供空間，從而可以調控鋰枝晶橫向均勻生長，避免造成負極的體積變化過大。

為進一步提高混合電導材料中導電劑、無機快離子導體材料的混合均勻性，減少晶界阻抗，優選的，所述混合電導材料由導電劑、無機快離子導體材料在保護氣氛下燒結得到，燒結的溫度為400℃～800℃。一般而言，在上述溫度下燒結0.5-12h即可具有良好的融合效果。

為進一步平衡粘接劑的粘接性和對鋰離子電導和電子導電的不良影響，優選的，所述所述粘接劑、金屬鋰復合材料的質量比為1：(9-14)。為進一步改善粘接劑的功能性，優選的，所述粘接劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚環氧乙烯(PEO)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一種或兩種以上的組合。