[發明專利]一種金屬鋰和碳納米管復合用于無機固態鋰金屬電池的方法

在審

• 申請號: 202010947541.0
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112072167A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉爭;陳鵬飛;付興杰;江妙麗;沈文鐘;原駿;劉寶燁;陶旺;彭章泉;汪達;邱振平;張業龍;曾慶光
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/058;H01M4/04;H01M10/42;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚

本發明涉及鋰電池技術領域，具體公開了一種金屬鋰和碳納米管復合用于無機固態鋰金屬電池的方法，包括以下步驟：S1、將固態電解質基底拋光打磨；S2、充滿Ar氣的手套箱內熔融鋰；S3、熔融金屬鋰中加入適量碳納米管混合均勻；S4、將熔融態混合物浸潤到固態電解質表面；S5、用鑷子刮蹭以促使熔融態混合物均勻涂敷于固態電解質表面；S6、得到浸潤良好的混納米管的固態鋰金屬陽極；S7、進行全電池組裝。本發明的方法可以有效調控金屬鋰的沉積，提高固態電池容量，有效抑制鋰金屬枝晶的形成。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，特別是涉及一種金屬鋰和碳納米管復合用于無機固態鋰金屬電池的方法。

背景技術

面對當今社會持續的環境以及能源危機問題，高比功率、高比能量、高續航里程、高安全性的電池研發迫在眉睫，但鑒于目前的商用鋰離子電池的開發以及應用幾乎達到了其理論比容量的極限值，但仍無法滿足現有的儲能設備對電池性能的需求。要提高電池的能量密度，最理想的是使用鋰金屬做陽極，因為當金屬鋰作為電池電極時，其體現出最負的電位(-3.04Vvs標準氫電極)，金屬鋰負極的容量基于基于金屬鋰本身來計算，表現出3860mAh·g-1的理論比容量。鋰金屬被選做陽極材料，隨之而來的是需要考慮和電解質的匹配性問題，然而現有商用鋰離子電池大多采用液態電解質，液態電解質的一個最棘手的問題是液態電解質大多含有易燃的有機溶劑，導致鋰金屬和液態有機電解質發生一系列副反應最終導致電池的失效，更嚴重會發生起火、爆炸等安全問題。因此，科研人員隨之將目光轉向了和鋰金屬匹配時相對更加穩定的固態電解質，設想以此來構建一個兼顧高比容量和高安全性固態鋰金屬電池。

但固態鋰金屬電池要實現商業化應用，其重點、焦點、卡脖子難題就在于鋰金屬負極。由于金屬鋰負極是一種轉化型負極。區別于其它轉化型負極(如硅、碳、錫等)，由于金屬鋰本身具有電子通道，因而是一種具有導電性的轉化型負極，在固態電池充放電的過程中，由于金屬鋰的不均勻沉積，會導致枝晶的生長，進而引發金屬鋰不可逆的容量損失，最終導致電池容量衰退、失效甚至引發一系列安全問題，嚴重影響其實際運行過程中的電池利用率和使用壽命，限制了固態金屬鋰電池的商業化進程。因此，尋找一種有效的方法來調控金屬鋰負極的均勻沉積以期早日實現固態鋰金屬電池的商業化進程是迫切的。

發明內容

本發明的目的是提供一種金屬鋰和碳納米管復合用于無機固態鋰金屬電池的方法，該方法可以有效調控金屬鋰的沉積，提高固態電池容量，有效抑制鋰金屬枝晶的形成。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種金屬鋰和碳納米管復合用于無機固態鋰金屬電池的方法，包括以下步驟：

S1、將固態電解質基底拋光打磨；

S2、充滿Ar氣的手套箱內熔融鋰；

S3、熔融金屬鋰中加入適量碳納米管混合均勻；

S4、將熔融態混合物浸潤到固態電解質表面；

S5、用鑷子刮蹭以促使熔融態混合物均勻涂敷于固態電解質表面；

S6、得到浸潤良好的混納米管的固態鋰金屬陽極；

S7、進行全電池組裝。

作為優選方案，所述碳納米管的質量分數為0.1％-30％。

作為優選方案，所述碳納米管替換為石墨烯。

作為優選方案，所述固態電解質為石榴石型無機固態電解質。

作為優選方案，所述手套箱內的溫度大于180℃。

本發明具有以下有益效果：

1.成本較低。工藝所需的加熱裝置、手套箱等設備市面上比較成熟，易于采購，同時與磁控濺射技術相比，無需對反應裝置、反映環境要求過高，工藝成本不高。