A solid-state composite metal lithium anode is composed of a composite layer of metal lithium and lithiphilic framework material and a solid-state electrolyte protective layer. The solid electrolyte protection layer comprises an inorganic solid electrolyte and an organic solid electrolyte. The composite layer of lithium metal and lithiphilic framework material is realized by melt infiltration, electrochemical deposition or physical-mechanical mixing. The solid electrolyte protective layer is coated on the surface of the composite layer by impregnation, scraping, spinning, spraying or sputtering. Compared with the common lithium negative electrode, the invention can not only alleviate the volume expansion problem of the negative electrode, but also regulate the deposition behavior of the lithium metal, inhibit the growth of the lithium dendrite, and improve the safety performance and cycle life of the lithium metal battery. In the lithium-copper half-cell test, the volume expansion of the solid-state composite metal lithium anode during charging and discharging was 1-20%, and there was no obvious dendrite in the 20-5000 cycle of the battery, and the utilization ratio of the composite anode was increased to 80-99.9999%.
【技术实现步骤摘要】
一种固态复合金属锂负极
本专利技术涉及一种金属锂负极,特别涉及一种固态复合金属锂负极,属于锂金属电池
技术介绍
现代社会的快速发展使得人们对高端储能器件的要求越来越高,尽管传统的锂离子电池(尤其是石墨负极)在不断的优化发展下,其实际能量密度已逐渐趋近于理论极限值(372mAhg-1),但仍然难以满足许多高比能储能器件的要求,如新能源汽车(400Whkg-1)。因此,具有极高理论容量(3860mAhg-1)和最负电势(-3.040Vvs.标准氢电极)的“圣杯”金属锂负极得到了极大的关注。以金属锂作为负极的锂硫电池和锂氧电池作为新一代的高比能储能体系,其实际能量密度分别有望达到650Whkg-1和950Whkg-1,实现目前商业化的锂离子电池2-3倍的能量密度,满足电动汽车以及便携式、可穿戴电子设备对能量密度的需求。虽然金属锂电池具有很多的优势和广泛的应用前景,但自20世纪70年代被提出以来仍存在一些难以解决的问题。锂的不均匀沉积很容易产生枝晶,一方面枝晶会与电解液继续反应造成活性锂和电解液的不可逆消耗以及电池库伦效率的下降,另一方面枝晶的不可控生长还有可能刺穿隔膜,造成电池的短路甚至爆炸,存在极大的安全隐患;另外,与锂离子电池中的插嵌式石墨负极相比,金属锂电池中的锂离子的沉积和脱嵌是没有骨架支撑的,这就使得枝晶很容易脱离电极表面形成无法再被利用的“死锂”,同时也会引起巨大的体积膨胀问题。近年来,研究人员提出了众多策略来解决金属锂负极存在的这些问题:导电亲锂的负极骨架材料(石墨烯等)可为金属锂的沉积提供场所,有效缓解负极在循环过程中的体积膨胀问题,同 ...
【技术保护点】
1.一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述固态复合金属锂负极是由金属锂和亲锂骨架材料的复合层以及固态电解质保护层两部分组成;所述固态电解质保护层涂覆在所述骨架复合层的表面。
【技术特征摘要】
1.一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述固态复合金属锂负极是由金属锂和亲锂骨架材料的复合层以及固态电解质保护层两部分组成;所述固态电解质保护层涂覆在所述骨架复合层的表面。2.按照权利要求1所述的一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述金属锂和亲锂骨架材料的复合层是通过熔融灌锂、电化学沉积或物理机械混合的方式实现;所述固态电解质保护层是通过浸渍、刮涂、旋涂、喷涂或溅射方法涂覆在复合层的表面。3.按照权利要求1所述的一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述的亲锂骨架材料为氮掺杂、硼掺杂、溴掺杂、金颗粒修饰、银颗粒修饰的石墨烯、炭黑、碳纳米管、氧化锌、氧化硅、氧化铝修饰的泡沫铜和泡沫镍中的一种或几种。4.按照权利要求1、2或3所述的一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述的固态电解质保护层包含无机固态电解质和有机固态电解质,无机固态电解质与有机固态电解质的质量百分比分别为0.1~40%和60~99.9%。5.按照权利要求4所述的一种固态复合金属锂负极,其特征在于:所述的无机固态电解质为Li2+2xZn1-xGeO4、Li14Zn(GeO4)4、Na1+xZr2P3-xSixO12、Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)、Li...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。