锂电池负极制备方法技术

锂电池负极制备方法，涉及固态电池及液态电池领域。本发明专利技术是为了解决目前传统的石墨负极克比容量低，枝晶易生长，首次库伦效率低，电池能量密度低的问题。步骤一、将质量百分含量为75％～90％的碳类材料、质量百分含量为5％～20％的导电剂和质量百分含量为5％～10％粘结剂按照一定配比混合形成吸附或者多孔的中间物质层，再将中间物质层按照1um～70um的厚度涂覆在集流体上；步骤二、在中间物质层上均匀的蒸渡厚度为1um～30um的金属锂层或金属钠层；步骤三、完成步骤一和步骤二的操作后，将极耳连接在集流体上，完成锂电池负极的制备。它应用在固态电池领域及液态电池领域。

【技术实现步骤摘要】
锂电池负极制备方法
本专利技术涉及锂电池负极制备方法。属于固态电池及液态电池领域。
技术介绍
相比于目前商业中应用于锂离子电池中的石墨负极，锂金属负极理论上可以提供更多的容量(3860mAh/g，石墨负极：370mAh/g)，锂金属负极有望在下一代便携式电子设备以及电动汽车等领域实现较大的应用。以金属锂为负极的锂硫电池和锂空电池逐渐受到研究人的关注，成为近年来学术和产业界研究的热点。但是，锂金属负极的研究还存在许多问题，其中最重要的一个便是枝晶的生长。枝晶是由于锂离子负极多次沉积/析出过程中，负极出现的树枝状的锂沉积物。枝晶生长会带来两个方面的问题：(1)枝晶会刺穿隔膜导致电池短路，正负极内部的短路电流在电池内部生热，造成电池系统热失控，进而引发电池着火甚至爆炸等一系列安全问题；(2)枝晶会增加电解液与金属锂的副反应，消耗锂活性物质，降低电池利用率。脱离集流体的锂枝晶即为死锂，死锂的出现会减少可利用的活性物质，降低电池的效率和循环寿命。目前无法从根本上避免锂枝晶的出现，基于金属锂负极的锂电池仍处于实验室阶段，鲜有工业成果问世。
技术实现思路
本专利技术是为了解决目前传统的石墨负极克比容量低，枝晶易生长，首次库伦效率低，电池能量密度低的问题。现提供锂电池负极制备方法。锂电池负极制备方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将质量百分含量为75％～90％的碳类材料、质量百分含量为5％～20％的导电剂和质量百分含量为5％～10％的粘结剂进行混合形成吸附或者多孔的中间物质层，再将中间物质层按照1um～70um的厚度涂覆在集流体上；步骤二、在中间物质层上均匀的蒸渡厚度为1um～30um的金属锂层或金属钠层；步骤三、完成步骤一和步骤二的操作后，将极耳连接在集流体上，完成锂电池负极的制备。本专利技术的有益效果为：本专利技术的锂电池负极由底层的集流体、中间物质层和附着于中间物质层上的金属锂层或金属钠层构成，其中，中间物质层由以下质量百分含量表示的组份组成：碳类材料75％～90％、导电剂5％～20％和粘结剂5％～10％，中间物质层的厚度为1um～70um；金属锂层或金属钠层经蒸渡金属锂于中间物质层上得到，其中，金属锂层或金属钠层厚度为1um～30um的致密均匀的金属锂层或金属钠层。本专利技术的锂电池负极，利用中间物质层可以调控锂离子在负极表面的分布，避免锂离子电池在时间和空间上的聚集，实现锂离子在负极表面的均匀分布，从而抑制锂枝晶的出现，提高了锂金属电池的安全性能。该锂电池负极与具有高比容量正极材料如硫磺、空气等耦合，对于构筑高能量密度、高稳定性、高安全性的锂电池系统具有重要意义。本申请构成的锂电池负极可以应用在固态电池领域及液态电池领域，蒸渡的锂金属或金属钠可以抑制电池充放电过程中锂支晶的产生，提高了电池的安全性，而且这种新型锂电池负极可以减少电池在化成过程中不可逆容量损失，提高了电池的首次库伦效率，既而使正极材料克容量发挥提高3％-20％。将本申请的锂电池负极与镍钴铝三元正极材料组装成纽扣电池，电池首次库伦效率为97％，而采用传统的石墨负极与镍钴铝三元正极材料组装成纽扣电池，其首次库伦效率为92％。将本申请的锂电池负极与镍钴铝三元正极材料组装成纽扣电池，进行循环200周容量衰减1.8％，而采用纯金属锂片做负极与镍钴铝三元正极材料组装成纽扣电池，循环200周容量衰减3.4％。将本申请的锂电池负极与传统石墨负极相比匹配相同镍钴铝三元正极材料，本申请的锂电池负极质量比传统石墨负极减轻10％～80％，厚度相比于传统负极减薄10％～90％。所以，本申请构成的锂电池负极的负极质量比传统石墨负极减轻10％～80％，厚度相比于传统负极减薄10％～90％，大大提高了负极材料的克比容量，可以将电池的能量密度提高1～4倍，提高了电池的能量利用率。附图说明图1为锂电池负极的外部结构示意图，其中，附图标记1表示中间物质层，附图标记2表示金属锂层或金属钠层，附图标记3表示极耳；图2为锂电池负极的内部结构示意图，其中，附图标记4表示集流体(铜箔)。具体实施方式具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的锂电池负极制备方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将质量百分含量为75％～90％的碳类材料、质量百分含量为5％～20％的导电剂和质量百分含量为5％～10％的粘结剂进行混合形成吸附或者多孔的中间物质层1，再将中间物质层1按照1um～70um的厚度涂覆在集流体4上；步骤二、在中间物质层1上均匀的蒸渡厚度为1um～30um的金属锂层或金属钠层2；步骤三、完成步骤一和步骤二的操作后，将极耳3连接在集流体4上，完成锂电池负极的制备。本实施方式中，利用中间物质层可以调控锂离子在负极表面的分布，避免锂离子电池在时间和空间上的聚集，实现锂离子在负极表面的均匀分布，从而抑制锂枝晶的出现。该蒸渡的金属锂层通过对锂离子有较强吸附作用的中间物质层来实现的。该锂电池负极的结构可以有效抑制锂枝晶的产生，提高了电池安全性，提高了电池的能量利用率，如配合高比容量正极材料使用，将有助于推进新型高能量密度锂电池的实用化进程。本实施方式中，质量百分含量为75％～90％的碳类材料表示碳类材料的质量占中间物质层1的总质量的比为75％～90％；质量百分含量为5％～20％的导电剂表示导电剂的质量占中间物质层1的总质量的比为5％～20％；质量百分含量为5％～10％的粘结剂表示粘结剂的质量占中间物质层1的总质量的比为5％～10％。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的锂电池负极制备方法作进一步说明，本实施方式中，在集流体4上涂覆的碳类材料混合形成的中间物质层1，详见步骤一和在中间物质层1上蒸渡的金属锂或金属钠，详见步骤二。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的锂电池负极制备方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一中的碳类材料包括软碳、硬碳、硅碳和石墨的所有种类中的一种或几种。具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的锂电池负极制备方法作进一步说明，本实施方式中，中间物质层1、金属锂层和金属钠层均为锂电池负极的活性物质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂电池负极制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将质量百分含量为75％～90％的碳类材料、质量百分含量为5％～20％的导电剂和质量百分含量为5％～10％粘结剂按照一定配比混合形成吸附或者多孔的中间物质层(1)，再将中间物质层(1)按照1um～70um的厚度涂覆在集流体(4)上；步骤二、在中间物质层(1)上均匀的蒸渡厚度为1um～30um的金属锂层或金属钠层(2)；步骤三、完成步骤一和步骤二的操作后，将极耳(3)连接在集流体(4)上，完成锂电池负极的制备。

【技术特征摘要】
1.锂电池负极制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将质量百分含量为75％～90％的碳类材料、质量百分含量为5％～20％的导电剂和质量百分含量为5％～10％粘结剂按照一定配比混合形成吸附或者多孔的中间物质层(1)，再将中间物质层(1)按照1um～70um的厚度涂覆在集流体(4)上；步骤二、在中间物质层(1)上均匀的蒸渡厚度为1um～30um的金属锂层或金属钠层(2)；步骤三、完成步骤一和步骤二的操作后，将极耳(3)连接在集流体(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋殿权，张春涛，王永鹤，
申请(专利权)人：哈尔滨光宇电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23