锡复合锂电极及其制备方法及包含该电极的电池技术

本发明专利技术属于金属锂电池技术领域，尤其涉及一种锡复合锂电极及其制备方法及包含该电极的电池，其中，锡复合锂电极包括金属锂片以及喷涂于所述金属锂片上的锡粉层，所述金属锂片的厚度为10～100μm，所述锡粉层的厚度小于10μm；锡复合锂电极的制备方法是在干燥环境下将烘烤干燥的锡粉喷涂于金属锂片上并进行辊压；电池以锡复合锂电极作为负极。相比于现有技术，本发明专利技术提高了锂离子的传导速率，抑制锂枝晶生长，提高了电池的循环性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
锡复合锂电极及其制备方法及包含该电极的电池
本专利技术属于金属锂电池
，尤其涉及一种锡复合锂电极及其制备方法及包含该电极的电池。
技术介绍
随着锂电池技术的不断更新和发展，其质轻、高容、长寿命的优点逐渐得到消费者的青睐。近年来，锂电池由于具有电压高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面。随着智能手机和笔记本电脑等移动互联网设备的普及，电动自行车和电动摩托车等电动交通工具的推广，以及无人机和太空探测器等航空航天技术的发展，锂离子电池性能面临着更高的发展要求，而高能量密度已成为高性能锂离子电池的研究方向之一。为了提升锂离子电池的能量密度，关键是寻找高容量的正负极活性材料。金属锂负极理论比容量为3860mAh/g，电压平台为-3.04V(vs标准氢电极)，并具有极好的导电性，非常适合作为高能量密度锂离子电池的负极。但是，金属锂负极在充电时，锂离子会聚集起来发生膨胀，这种膨胀是不均匀的，会造成凹坑和裂缝，从而使得锂离子从裂缝中溢出，形成苔藓状生长，即锂枝晶。这会导致电池短路，影响电池的安全，同时锂离子的析出还会造成电池性能下降，缩短电池使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锡复合锂电极，提高锂离子的传导速率，抑制锂枝晶生长。本专利技术的目的之二在于：提供一种锡复合锂电极的制备方法。本专利技术的目的之三在于：提供一种包含锡复合锂电极的电池。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锡复合锂电极，包括金属锂片以及喷涂于所述金属锂片上的锡粉层，所述金属锂片的厚度为10～100μm，所述锡粉层的厚度小于10μm。作为本专利技术所述的锡复合锂电极的一种改进，所述锡粉层中锡粉的粒径为1nm～50μm。一种锡复合锂电极的制备方法，包括以下步骤：步骤一，先准备金属锂片和粒径为1nm～50μm的锡粉，然后对锡粉进行真空烘烤得到干燥的锡粉；步骤二，在干燥环境下，利用喷涂设备将干燥的锡粉均匀喷涂在金属锂片表面上，得到表面喷涂有锡粉层的金属锂片；步骤三，在干燥环境下，利用辊压机对表面喷涂有锡粉层的金属锂片进行辊压得到锡复合锂电极。作为本专利技术所述的锡复合锂电极的制备方法的一种改进，在步骤一中，真空烘烤的温度为60℃～200℃，真空度小于或等于-90KPa。作为本专利技术所述的锡复合锂电极的制备方法的一种改进，在步骤二和三中，干燥环境为露点不超过-35℃。作为本专利技术所述的锡复合锂电极的制备方法的一种改进，在步骤三中，辊压后金属锂片的厚度为10～100μm。作为本专利技术所述的锡复合锂电极的制备方法的一种改进，在步骤三中，辊压后锡粉层的厚度小于10μm。一种包含锡复合锂电极的电池，包括正极、负极、间隔设置于所述正极和负极之间的隔膜、以及电解液，所述负极为前文所述的锡复合锂电极。作为本专利技术所述的包含锡锂复合锂电极的电池的一种改进，所述正极的活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰二元材料和镍钴铝酸锂中的至少一种。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种锡复合锂电极及其制备方法及包含该电极的电池，采用锡与锂复合，由于锡与锂紧密接触而使锡一直处于富锂态而避免了剧烈的体积膨胀，Li在Sn内的扩散速度非常快，并且Li在Sn中的嵌入和脱出过程的电势差要低于500mV，有利于Li快速穿过Sn层扩散到Li金属负极内，从而使得锂离子在Sn中可以快速传导，达到抑制金属锂负极锂枝晶生长的目的，提高金属锂电池的循环性能和安全性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。对比例以厚度50μm金属锂片为负极，采用与实施例相同的正极、电解液和隔膜，通过叠片或卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于外包装中，将电解液注入到干燥后的电池中，封装、静置、化成、整形和分容、完成电池的制备。实施例1本实施例提供一种锡复合锂电极，包括金属锂片以及喷涂于金属锂片上的锡粉层，金属锂片的厚度为10μm，锡粉层的厚度3μm。锡粉层中锡粉的粒径为1nm～50μm，其制备方法，包括以下步骤：步骤一，先准备金属锂片和粒径为1nm～50μm的锡粉，然后对锡粉进行真空烘烤得到干燥的锡粉；真空烘烤的温度为60℃～200℃，真空度小于或等于-90KPa；步骤二，在干燥环境下(露点不超过-35℃)，利用喷涂设备将干燥的锡粉均匀喷涂在金属锂片表面上，得到表面喷涂有锡粉层的金属锂片；步骤三，在干燥环境下(露点不超过-35℃)，利用辊压机对表面喷涂有锡粉层的金属锂片进行辊压得到锡复合锂电极。实施例2与实施例1不同的是：本实施例中金属锂片的厚度为30μm，锡粉层的厚度5μm。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例3与实施例1不同的是：本实施例中金属锂片的厚度为50μm，锡粉层的厚度6μm。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例4与实施例1不同的是：本实施例中金属锂片的厚度为80μm，锡粉层的厚度7.5μm。其余同实施例1，这里不再赘述。实施例5与实施例1不同的是：本实施例中金属锂片的厚度为100μm，锡粉层的厚度9μm。其余同实施例1，这里不再赘述。以实施例1～5制得的锡复合锂电池为电池负极，配合正极(活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰二元材料和镍钴铝酸锂中的至少一种)和隔膜按顺序叠好，使隔膜处于正负极中间，卷绕得到裸电芯；将裸电芯置于外包装中，将上述制备的电解液注入到干燥后的电池中，封装、静置、化成、整形和分容、完成电池的制备。对制得的电池进行以下性能测试：1)常温循环性能测试：在25℃下，将分容后的电池按0.2C恒流恒压充至4.20V，截止电流0.02C，然后按0.5C恒流放电至3.0V，测出电池的放电容量，依此循环，充/放电500次循环后计算第500周次循环容量保持率。2)高温45℃循环性能测试：在45℃下，将分容后的电池按0.2C恒流恒压充至4.20V，截止电流0.02C，然后按0.5C恒流放电至3.0V，测出电池的放电容量和内阻，依此循环，充/放电500次循环后计算第500周次循环容量保持率和内阻变化率。3)安全性能测试：将在25℃循环100次的电池进行穿刺实验和撞击实验，穿刺实验为在电池充满电后，利用钉子穿过电池的中心，并把钉子留在电池内，观察电池情况；撞击实验为在电池充满电后，将一个硬质棒放于电池上，用一个重物从高空砸在硬质棒上，观察电池情况。以上性能测试结果详见表1。表1性能测试结果由上表可以看出，由实施例1～5的锡复合锂电极制得的电池的循环性能和安全性能均优于对比例1制得的电池，这是因为本专利技术中将锡和金属锂进行复合，锡与锂紧密接触，不仅使得锡一直处于富锂态而避免了剧烈的体积膨胀，而且使得锂离子在Sn中可以快速传导，达到抑制金属锂负极锂枝晶生长的目的，从而有效提高电池的循环性能和安全性能。根据上述说明书的揭示和教导，本专利技术所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本专利技术的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本专利技术的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本专利技术构成任何本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锡复合锂电极，其特征在于：包括金属锂片以及喷涂于所述金属锂片上的锡粉层，所述金属锂片的厚度为10～100μm，所述锡粉层的厚度小于10μm。

【技术特征摘要】
1.一种锡复合锂电极，其特征在于：包括金属锂片以及喷涂于所述金属锂片上的锡粉层，所述金属锂片的厚度为10～100μm，所述锡粉层的厚度小于10μm。2.根据权利要求1所述的锡复合锂电极，其特征在于：所述锡粉层中锡粉的粒径为1nm～50μm。3.一种权利要求1～2任一项所述的锡复合锂电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，先准备金属锂片和粒径为1nm～50μm的锡粉，然后对锡粉进行真空烘烤得到干燥的锡粉；步骤二，在干燥环境下，利用喷涂设备将干燥的锡粉均匀喷涂在金属锂片表面上，得到表面喷涂有锡粉层的金属锂片；步骤三，在干燥环境下，利用辊压机对表面喷涂有锡粉层的金属锂片进行辊压得到锡复合锂电极。4.根据权利要求3所述的锡复合锂电极的制备方法，其特征在于：在步骤一中，真空烘烤的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雄文，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43