[發(fā)明專利]一種改性鋰金屬負(fù)極及其制備方法和一種扣式電池

在審

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• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN112563456A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閔宇霖;柴媛;范金辰;徐群杰;時(shí)鵬輝;朱晟;鄭帥
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M4/62;H01M4/40;H01M4/134;H01M10/04;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 王偉珍

本發(fā)明屬于電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種改性鋰金屬負(fù)極及其制備方法和一種扣式電池稱取一定量的氯化金水合物加入乙二醇二甲醚中，得到濃度為2mg/ml?5mg/ml的氯化金溶液，將鋰硼合金表面打磨拋光后，浸入氯化金溶液反應(yīng)，得到改性鋰金屬負(fù)極，改性鋰金屬負(fù)極包括內(nèi)核和包覆層，包覆層為鋰硼合金表面提供均勻的電場分布，降低實(shí)際電流密度，減緩了枝晶的生長，有效緩沖重復(fù)嵌入和脫出鋰離子時(shí)的巨大體積變化，顯著抑制了枝晶的生成，從而提高了鋰金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定。本發(fā)明得到的扣式電池在循環(huán)過程中，鋰首先沉積在金納米片層的空隙中并成為鋰鍍層，避免出現(xiàn)電池體積膨脹的問題，有效保證電池的熱穩(wěn)定性，降低容量損失，延長電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性鋰金屬負(fù)極及其制備方法和一種扣式電池。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石能源儲(chǔ)量日益降低，人們對(duì)于新能源的需求愈加迫切，鋰電池作為一種高能量密度電池，具有工作電壓高、比能量大、放電電壓平穩(wěn)、循環(huán)壽命長以及無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小型輕量化電子裝置，同時(shí)也是未來混合動(dòng)力騎車和純動(dòng)力汽車的首選電源。

負(fù)極材料是鋰電池的關(guān)鍵材料之一，鋰硼合金作為新型鋰電池的熱門負(fù)極材料，具有高比能量、高比功率和低極化等顯著優(yōu)點(diǎn)。在鋰硼合金中，Li₇B₆作為支持骨架使游離鋰嵌入其中并優(yōu)先參與電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)由于基體化合物中的鋰也參與放電過程，因此鋰硼合金具有接近純鋰的優(yōu)良電化學(xué)性能。鋰硼合金作為鋰金屬電池負(fù)極使用時(shí)，不僅其三維骨架可以很好的緩解循環(huán)過程中體積膨脹的問題，并且基于其主體Li₇B₆結(jié)構(gòu)的多孔性、高導(dǎo)電性和親鋰性，有利于鋰的均勻沉積，能夠有效降低電流密度，促進(jìn)SEI膜的形成。然而，鋰硼合金作為負(fù)極的鋰金屬電池同樣存在嚴(yán)重的實(shí)際發(fā)展瓶頸，如在循環(huán)過程中體積膨脹，枝晶生長從而降低電池的熱穩(wěn)定性，形成“死鋰”造成容量損失、SEI界面層的不穩(wěn)定導(dǎo)致鋰和電解液的不可逆消耗、極化電壓增大等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種改性鋰金屬負(fù)極及其制備方法和一種扣式電池。

本發(fā)明提供了一種改性鋰金屬負(fù)極的制備方法，具有這樣的特征，包括如下步驟：步驟1，在氬氣氣氛中，稱取一定量的氯化金水合物加入乙二醇二甲醚中，溶解后得到濃度為2mg/mL-5mg/mL的氯化金溶液；步驟2，將鋰硼合金表面打磨拋光后，浸入氯化金溶液反應(yīng)一段時(shí)間，使被置換出的金單質(zhì)包覆在鋰硼合金的表面，得到改性鋰金屬負(fù)極的粗產(chǎn)物；步驟3，將改性鋰金屬負(fù)極的粗產(chǎn)物沖洗除雜后，在惰性氣氛中干燥一段時(shí)間，得到改性鋰金屬負(fù)極。

在本發(fā)明提供的改性鋰金屬負(fù)極的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，金單質(zhì)的存在形式為金納米片。

本發(fā)明提供了一種改性鋰金屬負(fù)極，具有這樣的特征，包括：內(nèi)核以及包覆內(nèi)核的包覆層，其中，內(nèi)核為鋰硼合金，包覆層由金納米片聚集而成，改性鋰金屬負(fù)極由改性鋰金屬負(fù)極的制備方法制得。

在本發(fā)明提供的改性鋰金屬負(fù)極中，還可以具有這樣的特征：其中，金納米片長度為2nm-3nm。

本發(fā)明提供了一種扣式電池，具有這樣的特征，包括：正極極片、負(fù)極極片、隔膜以及電解液，其中，負(fù)極極片為改性鋰金屬負(fù)極，隔膜為Celgard2400隔膜。

在本發(fā)明提供的扣式電池中，還可以具有這樣的特征：其中，正極極片的制備方法如下：步驟1，將商業(yè)磷酸鐵鋰材料、乙炔黑以及聚偏氟乙烯以8:1:1的體積比加入N-甲基-吡咯烷酮中得到正極極片的預(yù)制備漿料；步驟2，將預(yù)制備漿料拉膜在鋁箔上，在80℃下真空干燥12h,得到正極極片。

在本發(fā)明提供的扣式電池中，還可以具有這樣的特征：其中，電解液由溶質(zhì)和溶劑組成，溶質(zhì)為1mol/L的LiPF₆，溶劑為體積比為1:1:1的碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯和碳酸二乙酯混合液，溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量比為0.16。