[發明專利]一種適用于鋰電池的空氣穩定的長效參比電極

在審

• 申請號: 202010751337.1
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111969172A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 黃佳琦;肖也;許睿;閆崇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M2/32
• 分類號: H01M2/32;H01M4/13;H01M10/052;H01M10/42;H01M10/48
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種適用于鋰離子和鋰金屬電池的空氣穩定的長效參比電極，包括：集流體、鋰電極材料和封裝層；所述集流體為金屬線、金屬箔或金屬網，所述鋰電極可采用電鍍法、熔融法、卷繞法或輥壓法與集流體連接，所述封裝層完全包裹鋰電極材料；所述參比電極使用前無須任何其他處理。本發明中的封裝過程簡單易行，操作性強，與工業生產兼容性好，制備出的參比電極具有較強的抗濕空氣以及電解液腐蝕能力，能夠在儲運和使用中保持長效的質量和電位穩定性，使鋰電池用參比電極離實用化乃至產品化更近一步。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種適用于鋰離子和鋰金屬電池的空氣穩定的長效參比電極。

背景技術

鋰離子電池目前被廣泛地應用于便攜式電子產品、電動汽車和儲能電網等生產生活場景。隨著市場對鋰離子電池需求的進一步增長以及國家向可持續的可再生能源生產模式的轉變，高能量密度鋰金屬電池的研發已成為行業熱點。鋰電池主要是一個由正、負極材料和電解液組成的儲能系統。然而，由于電極電勢易受到溫度、電流極化和電極表面離子濃度等因素的影響，僅從兩電極體系無法獲得各個電極的準確信息。因此，通過引入參比電極構成三電極體系，研究人員不僅能夠準確地獲取工作電極上的電極電位，還可單獨研究電極反應、動力學并分離出影響全電池性能的關鍵因素。這對于大幅提升鋰電池安全性是至關重要的。不同于常規的飽和甘汞和銀/氯化銀等水系參比電極，應用于鋰電池的參比電極應與有機電解液兼容并且不能引入其他非鋰雜質。

根據目前已有的文獻報道，金屬鋰常被作為參比電極材料而應用到有關鋰電池的電化學和材料化學基礎研究中。但是，金屬鋰具有的極高反應活性無論是對參比電極的長效穩定性，如電解液腐蝕引起電位波動及壽命損失，還是對于實際應用中的儲運性能(對空氣的穩定性)的影響都是致命的。因此，采用簡單而有效的封裝方法來構筑能夠隔絕濕空氣和電解液腐蝕，在長期儲運和測試中可維持電位穩定的參比電極具有極為重要的實用化意義。

發明內容

發明要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種適用于鋰電池的空氣穩定的長效參比電極。該制備過程簡單易行，操作性強，與工業生產兼容性好，制備出的參比電極具有較強的抗濕空氣以及電解液腐蝕能力，能夠在儲運和使用中保持長期的質量和電位穩定性，使鋰電池用參比電極離實用化乃至產品化更近一步。其中，封裝層的疏水性質可以減緩濕空氣與鋰電極材料之間的副反應，有效延長參比電極的存儲壽命；另外，封裝層的離子傳導性質保證了參比電極與電解液之間的離子交換，使得封裝的參比電極能夠維持長效的電位穩定性。

用于解決技術問題的方法

本發明提供一種適用于鋰電池的空氣穩定的長效參比電極，其包括集流體、鋰電極材料、封裝層；所述集流體為金屬線、金屬箔或金屬網中的任一種，所述鋰電極材料直接與集流體相連，所述封裝層完全包裹鋰電極材料。

優選地，所述集流體采用銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、鐵、鐵合金中的任一種。

優選地，所述鋰電極材料為金屬鋰或鋰合金材料；所述鋰電極材料與集流體的連接采用電鍍法、熔融法、卷繞法或輥壓法中的任一種。

優選地，所述封裝層為同時具有疏水性和離子傳導性質的聚合物層；所述封裝層能阻隔濕空氣且對鋰電池電解液穩定；所述封裝層與鋰電極材料的連接方式為浸泡、刮涂、滴涂或旋涂中的任一種。

優選地，所述封裝層材料為長鏈烷烴、聚乙烯、聚乙烯蠟、微晶蠟、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚氨酯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、鋰化聚丙烯酸、鋰化全氟磺酸樹脂中的一種或幾種。

優選地，所述封裝層厚度為1～30μm。