[發明專利]一種鋰金屬電池負極材料及其制備方法和鋰金屬電池

在審

• 申請號: 202210595281.4
• 申請日: 2022-05-28
• 公開（公告）號: CN114784259A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 許曉雄;崔言明;秦晨陽;林久;戈志敏
• 申請（專利權）人: 浙江鋒鋰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/052
• 代理公司: 寧波實鈞知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33466
• 代理人: 王月玲

本發明公開了一種鋰金屬電池負極材料及其制備方法和鋰金屬電池，其中鋰金屬電池負極材料包括基底，所述基底的表面設置有鋰金屬梯度材料層，所述鋰金屬梯度材料層含有除鋰元素外的合金元素，靠近隔膜側的合金元素含量最高，靠近基底側的合金元素含量為零，且靠近基底側到隔膜側的合金元素含量逐漸遞進。通過鋰金屬梯度材料層的設計，一方面提高了電池能量密度，另一方面減少了鋰沉積過程中的鋰枝晶的產生，提高了電池的循環性能和穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰金屬電池技術領域，特別涉及一種鋰金屬電池負極材料及其制備方法和鋰金屬電池。

背景技術

鋰離子電池對日常生活產生了深遠的影響，商業化鋰電池使用碳負極現已基本接近其理論容量(370mAh/g)，難以滿足電動汽車等大規模能量存儲方面的應用要求。在可用作鋰電池負極的材料中，金屬鋰具有極大的理論比容量(3860mAh/g)和最低的電化學勢(相對于標準氫電極為-3.04V)，因此其推動了金屬鋰電池的發展。但由于金屬鋰具有沉積不均勻的特點，充放電過程中易在反應界面形成鋰枝晶，會降低電池循環性能，甚至刺穿隔膜，造成失火等安全事故，因此使用金屬鋰復合電極是一種減少鋰枝晶，提高電池循環性能、增加電池安全性的有效手段。

現有技術中，金屬鋰復合電極材料有采用碳與金屬鋰進行復合，如專利號為CN109686921A中，公開了一種含有金屬鋰和碳骨架材料，在碳骨架材料的外表面包覆有一層鋰碳復合界面層，該復合界面層的結構為金屬鋰原子插入到碳骨架材料層間中形成的鋰碳插層結構，該金屬鋰復合電極材料雖然能夠改善鋰枝晶的生長，但在電池循環中，鋰碳的體積膨脹系數不同，非常容易造成結構破壞，導致材料失效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鋰金屬電池負極材料及其制備方法和鋰金屬電池，解決了鋰金屬電池鋰離子沉積不均勻導致鋰枝晶生長而影響電池壽命的問題。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種鋰金屬電池負極材料，包括基底，所述基底的表面設置有鋰金屬梯度材料層，所述鋰金屬梯度材料層含有除鋰元素外的合金元素，靠近隔膜側的合金元素含量最高，靠近基底側的合金元素含量為零，且靠近基底側到隔膜側的合金元素含量逐漸遞進。

作為優選，所述基底為銅片或復合銅箔。

作為優選，所述合金元素包括銀(Ag)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、錫(Sn)、銦(In)中的一種或多種。

作為優選，所述鋰金屬梯度材料層至少包括鋰金屬層、第一合金層和第二合金層，所述鋰金屬層靠近所述基底側，所述第一合金層位于所述第二合金層的外側。

作為優選，所述第二合金層中的合金元素含量高于所述第一合金層中的合金元素含量。

作為優選，所述鋰金屬層的厚度為10μm-50μm。

作為優選，所述第一合金層和/或第二合金層的厚度為0.1μm-10μm。

鋰金屬電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鋰片或鋰帶壓制在銅基底的上表面，或者將鋰材料鍍在銅基底的上表面，初步在銅基底上完成鋰金屬梯度材料層的鋰金屬層半成品或鋰金屬層；

S2、通過將步驟S1中得到的具有鋰金屬層半成品的銅基底浸泡在含合金元素的鹽溶液中，在鋰金屬層半成品的表層得到第一合金層半成品或者第二合金層，初步制備得到鋰金屬負極材料半成品；或者采用蒸鍍的方式，同時沉積鋰金屬和合金元素，進而在鋰金屬層表面形成第一合金層半成品或者第二合金層，初步制備得到鋰金屬負極材料半成品；