一种金属锂复合负极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种金属锂复合负极及其制备方法与应用。所述制备方法包括：至少采用真空物理沉积法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层，得到复合带；在一负极片的两侧分别设置一复合带，并使每一复合带中的金属锂层与负极片接触，再对由所述负极片与复合带组成的复合结构施加压力，获得两侧表面均结合有金属锂层的负极片，即所述金属锂复合负极。本发明专利技术通过真空物理沉积法制备锂带，结合辊压法，能够在负极上均匀覆盖连续的、超薄的金属锂层，得到预锂化的负极，能够避免超薄锂带易断带的缺点，同时将负极压实，提高负极密度，用于提高负极材料的首次充放电效率，也能够充当含锂负极与无锂正极相匹配，应用前景广泛。

A lithium metal composite negative electrode and its preparation method and Application

The invention discloses a metal lithium composite negative electrode, a preparation method and application thereof. The preparation method includes: at least forming a lithium metal layer on the surface of polymer film by vacuum physical deposition to obtain a composite strip; setting a composite strip on both sides of a negative plate and contacting the lithium metal layer in each composite strip with the negative plate, and then applying pressure on the composite structure composed of the negative plate and the composite strip to obtain the metal lithium bonded on both sides of the surface. The negative plate of the layer is the lithium metal composite negative electrode. The lithium strip is prepared by vacuum physical deposition method. Combined with roll pressing method, continuous and ultra-thin metal lithium layer can be uniformly covered on the negative electrode to obtain pre-lithium negative electrode, which can avoid the disadvantage of fragile strip of ultra-thin lithium strip. At the same time, the negative electrode is compacted to increase the density of the negative electrode, which can be used to improve the first charging and discharging efficiency of the negative material, and can also act as lithium-containing negative electrode and lithium-free positive phase. Matching has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种金属锂复合负极及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种制备含锂负极的方法，特别涉及一种金属锂复合负极及其制备方法，以及其在锂电池中的应用，属于锂离子电池

技术介绍
目前市场化的锂二次电池广泛使用石墨等碳材料作为负极。尽管相对于金属锂，石墨具有较高的安全性，但是其理论比容量较低，仅有372mAh/g。因此发展高容量的负极材料受到关注。例如，硅的理论比容量高达4200mAh/g，在充放电过程中不易发生金属锂沉积，从容量和安全性上都要高于石墨。硬碳的理论比容量也有500-700mAh/g。而这类材料常见的问题就是其首次充放电效率不高，导致永久的容量损失。同时，现有理论比容量高的正极材料大多不含有锂，如金属氧化物、硫等。这类正极必须与含锂负极相匹配。如果直接使用金属锂作为负极，在循环过程中易产生锂枝晶，锂枝晶刺穿隔膜导致电池失效。以上两种提高锂离子电池容量的技术都需要用到含锂的负极，常用的方法为负极预锂化。负极预锂化的锂源有：锂粉、锂带等，其中传统金属锂复合负极多使用钝化锂粉作为锂源，通过涂覆在负极极片表面或者混入电池浆料中，该方法工艺易实现，但是其缺点是在使用过程中锂粉容易飞扬，对环境污染大，安全性能低，而且锂粉的成本较高。而使用超薄锂带作为锂源，一方面机械法制备的锂带厚度较厚，容量过剩，表面不平整，厚度不均匀，导致电池一致性差，而且超薄锂带在加工过程中容易发生粘连，断带等现象；另一方面使用真空蒸镀或者磁控溅射等技术对负极直接覆锂，由于其高温会导致负极片粉化失效，而且难以实现一次性双面覆锂。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种金属锂复合负极及其制备方法与应用，从而克服了现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种金属锂复合负极的制备方法，其包括：至少采用真空物理沉积法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层，得到复合带；在一负极片的两侧分别设置一复合带，并使每一复合带中的金属锂层与负极片接触，再对由所述负极片与复合带组成的复合结构施加压力，获得两侧表面均结合有金属锂层的负极片，即所述金属锂复合负极。在一些实施例中，所述制备方法包括：至少采用磁控溅射法或蒸镀法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的金属锂复合负极。本专利技术实施例还提供了前述的金属锂复合负极于制备锂电池中的应用。较之现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的金属锂复合负极的制备方法通过蒸镀法或磁控溅射方法制备锂/聚合物膜复合带，在负极上均匀覆盖一层连续的、超薄的金属锂，锂层均匀平整，一致性好，可以根据锂离子电池需要设计锂层的厚度；2)本专利技术通过在聚合物膜上涂覆抹隔离层，方便锂从聚合物膜上剥离，从而覆盖到负极表面，同时能够在金属锂表面形成保护层；3)本专利技术通过将上下两条锂/聚合物膜复合带与负极片辊压，然后剥离聚合物膜的方式制备双面覆锂的金属锂复合负极，能够避免超薄锂带易断带的缺点，同时将负极压实，提高负极密度，用于提高负极材料的首次充放电效率，也能够充当含锂负极与无锂正极相匹配；4)本专利技术的制备方法具有成本较低、安全性相对较高、环境污染小等优点。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案中一种金属锂复合负极的制备方法示意图。图2是本专利技术实施例1所获金属锂复合负极的电学循环性能测试图。图3是本专利技术对照例1所获金属锂负极的电学循环性能测试图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种金属锂复合负极的制备方法，其包括：至少采用真空物理沉积法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层，得到复合带；在一负极片的两侧分别设置一复合带，并使每一复合带中的金属锂层与负极片接触，再对由所述负极片与复合带组成的复合结构施加压力，获得两侧表面均结合有金属锂层的负极片，即所述金属锂复合负极。在一些实施例中，所述制备方法包括：至少采用磁控溅射法或蒸镀法等在聚合物膜表面沉积形成金属锂层。进一步地，所述聚合物膜的材质包括PI(聚酰亚胺)、PVC、PS、PP、PE和PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等热固性材料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些实施例中，所述金属锂层的厚度为1～100μm。其中，金属锂层的厚度可以根据锂离子电池需要进行调整。在一些实施例中，所述制备方法还包括：先在聚合物膜上形成隔离层，之后于聚合物膜表面的隔离层上沉积形成所述的金属锂层。本专利技术通过在聚合物膜上涂覆抹隔离层，方便锂从聚合物膜上剥离，从而覆盖到负极表面，同时能够在金属锂表面形成保护层。进一步地，所述隔离层的材质不与金属锂反应，能减少金属锂层与聚合物层结合力，包括人造固态电解质界面膜(SEI膜)、白油、碳酸锂粉末和氟化锂粉末等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些实施例中，所述负极片为锂离子电池可嵌锂负极，应用于锂离子电池中，例如硅负极、石墨负极、氧化锡负极、氧化硅负极、硬碳负极等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步地，所述制备方法包括：对由所述负极片与复合带组成的复合结构进行辊压处理，从而所述金属锂复合负极。进一步地，所述辊压处理的压力为0.1～400MPa。进一步地，所述辊压处理的速度为0.1～60m/min。进一步地，所述制备方法包括：在所述的加压处理完成后，将附着在金属锂复合负极上的聚合物膜剥离。其中，在一些更为具体的实施案例之中，所述金属锂复合负极的制备方法如图1所示，其具体包括以下步骤：(1)以聚合物膜(如PI、PVC、PS、PP、PE和PET等热固性材料)为基底，在其上涂抹隔离层(如白油、碳酸锂粉末、氟化锂粉末等)；(2)通过蒸镀或磁控溅射等方式在聚合物膜表面沉积一层1～100μm的金属锂层，得到Li/聚合物膜复合带；(3)通过将上下两条Li/聚合物膜复合带与锂离子电池负极片(负极为锂离子电池可嵌锂负极如：硅负极、石墨负极、氧化锡负极等)辊压，金属锂层与负极相对，可得到聚合物膜/Li/负极片/Li/聚合物膜复合带；(4)将辊压后的复合带表面的聚合物膜剥离，即可得到双面覆锂的金属锂复合负极。本专利技术通过将上下两条锂/聚合物膜复合带与负极片辊压，然后剥离聚合物膜的方式制备双面覆锂的金属锂复合负极，能够避免超薄锂带易断带的缺点，同时将负极压实，提高负极密度，用于提高负极材料的首次充放电效率，也能够充当含锂负极与无锂正极相匹配。本专利技术实施例的另一个方面提供了由前述方法制备的金属锂复合负极。进一步地，所述金属锂复合负极包括负极，以及覆设于所述负极两侧表面的金属锂层。优选的，所述金属锂层的厚度为1～100μm。其中，所述负极为锂离子电池可嵌锂负极，例如硅负极、石墨负极、氧化锡负极、硬碳负极等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。本专利技术所获金属锂复合负极可以有两种用途：1.提高电池首次充放电效率(效率从80％-99％提高到99.5％-100％)；2.作为正极不含锂的电池(Li-S电池)的负极。进一步地，所述金属锂复合负极的压实密度为1.2～1.7g/cm3，尤其优选为1.4～1.6g/cm3。本专利技术实施例的另一个方面还提供了前述的金属锂复合负极于锂电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属锂复合负极的制备方法，其特征在于包括：至少采用真空物理沉积法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层，得到复合带；在一负极片的两侧分别设置一复合带，并使每一复合带中的金属锂层与负极片接触，再对由所述负极片与复合带组成的复合结构施加压力，获得两侧表面均结合有金属锂层的负极片，即所述金属锂复合负极。

【技术特征摘要】
1.一种金属锂复合负极的制备方法，其特征在于包括：至少采用真空物理沉积法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层，得到复合带；在一负极片的两侧分别设置一复合带，并使每一复合带中的金属锂层与负极片接触，再对由所述负极片与复合带组成的复合结构施加压力，获得两侧表面均结合有金属锂层的负极片，即所述金属锂复合负极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用磁控溅射法或蒸镀法在聚合物膜表面沉积形成金属锂层。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物膜的材质包括热固性材料；优选的，所述聚合物膜的材质包括PI、PVC、PS、PP、PE和PET中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述金属锂层的厚度为1～100μm。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于还包括：先在聚合物膜上形成隔离层，之后于聚合物膜表面的隔离层上沉积形成所述的金属锂层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述隔离层的材质不与金属锂反应；优选的，所述隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂阳，邹崴，詹彬鑫，曹乃珍，
申请(专利权)人：天齐锂业江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32