网状锂材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种网状锂材及其制备方法和应用。本发明专利技术的网状锂材可作为锂源为负极补锂，也可作为负极集流体负载负极活性物质，也可直接作为金属锂负极。与现有技术相比，网状锂材除可以精确控制补锂量之外，还可以减轻负极质量，而且孔也可缓解负极膨胀，保持良好的界面结合，提高电池的循环性能；另外，当网状锂材作为金属锂负极使用时，三维结构的负极与电解质接触面积更大，电极倍率性能更好。此外，网状锂材制作方法简单易实现，易批量化生产。

Network lithium material and its preparation and Application

The invention provides a network lithium material and a preparation method and application thereof. The network lithium material of the invention can be used as a lithium source to supplement lithium for the negative electrode, can also be used as a negative collector to load the negative electrode active material, and can also be directly used as a metal lithium negative electrode. Compared with the prior art, the reticulated lithium material can not only accurately control the lithium supplement amount, but also reduce the negative electrode mass, and the hole can also alleviate the negative electrode expansion, maintain a good interface combination, and improve the cycle performance of the battery; in addition, when the reticulated lithium material is used as the metal lithium negative electrode, the three-dimensional structure of the negative electrode and the electrolyte contact area is larger, and the electrode rate performance is better. In addition, the fabrication method of reticulated lithium material is simple and easy to realize, and it is easy to mass produce.

【技术实现步骤摘要】
网状锂材及其制备方法和应用
本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种网状锂材及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为一种二次电池，因其具有高电压和长循环寿命等特性，广泛应用在3C、新能源汽车等领域。但随着人们对设备续航能力要求的不断提高，现有锂离子电池的能量密度(200Wh/kg～300Wh/kg)无法满足更高能量密度的需求，提升锂离子电池的能量密度迫在眉睫。在锂离子电池首次充电过程中，由于负极片表面形成固态电解质膜(SEI)，会不可逆的消耗部分锂，这是导致电池容量下降，电池的能量密度降低的主要原因。为了补偿负极SEI形成损耗的锂，现有技术普遍采用以下方式对负极片进行补锂：(1)将锂粉洒在极片表面后进行辊压，或者将锂粉加入到负极浆料中。(2)将金属锂片辊压或者附在浸泡电解液的负极片表面，或将负极片与锂片装配成原电池。(3)将含有机锂的溶液喷洒或者滴加到负极片表面。采用方法(1)对负极片进行补锂，锂粉活性大，该方法存在严重的安全隐患，不适宜批量化生产；采用方法(2)对负极片进行补锂，补锂量不易控制；采用方法(3)时，有机溶剂易燃，且对环境和人体危害较大。另外，寻求高比容量材料替代现有石墨负极的研究也受到人们广泛的关注。金属锂负极因具有密度低(0.534g/cm3)、最高的理论容量(3860mAh/g)和最低的电化学势(-3.04Vversus标准氢电极)一直是研究的热点。为制造高能量密度(＞300Wh/kg)的下一代二次电池提供了的可能。但金属锂作为负极，存在如下问题：(1)锂离子在电极表面的不均匀沉积，容易产生锂枝晶，最终导致电池内部短路和热失控等安全问题。(2)电池循环过程中，随着锂离子在电极上的不断嵌入和脱出，电极体积变化明显。(3)目前，市售锂箔过厚，远超实际循环过程中所需厚度，过量的金属锂不仅造成了金属锂的浪费，而且降低了电池的能量密度。鉴于以上不足，确有必要提供一种制作方法简单、可批量化生产的金属锂产品，采用该金属锂产品一方面可以精确控制补锂量，使补锂均匀，操作安全；其次，在减轻电极自重的同时，还可缓冲电极膨胀，提高电池的能量密度和循环寿命；最后，采用该金属锂产品可增大电极和电解液的接触面积，减缓枝晶生长并改善电极的倍率性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种制作方法简单、可批量化生产的网状锂材。采用网状锂材对负极进行补锂时，可以精确控制补锂量，使补锂均匀，同时，操作安全、简便；另外，使用网状锂材作为负极集流体时，可以减轻电极质量和缓解负极膨胀，保证各界面接触良好，提高电池的循环性能；三维结构的网状锂材与电解液接触面积更大，可以缓解锂枝晶生长和改善电极表面的锂离子传导性，提高电极的倍率性能。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一个方面提供一种网状锂材，其具有均匀分布的网格结构，网格线的宽度为0.01mm至0.5mm且由锂基材构成。在一些实施方式中，所述网格结构的孔的形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、梯形、等边N边形(5≤N≤20)、五角星、异型孔中的一种或其组合。在一些实施方式中，单个孔的面积为4.0×10-4mm2～1.0×102mm2，且所有孔的总面积与网状锂材总面积的面积比为5％～98％。在一些实施方式中，所述锂基材为金属锂或锂合金，所述锂合金除包含Li外，还包含Ag、Al、Au、Ba、Be、Bi、C、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Fe、Ga、Ge、Hf、Hg、In、Ir、K、Mg、Mn、Mo、N、Na、Nb、Ni、Pt、Pu、Rb、Rh、S、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、TI、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb、Cu中的至少一种合金成分。在一些实施方式中，所述锂合金中包含质量百分比为10％～99.99％的锂。在一些实施方式中，所述网状锂材的厚度为20μm～2000μm。本专利技术的另一个方面提供一种制备上述网状锂材的方法，包括在惰性气氛保护下进行以下步骤：步骤一：准备锂基材的熔体；步骤二：将该熔体填充到具有网络结构的模具内腔；步骤三：脱模得到网状锂材。在一些实施方式中，所述锂基材为锂合金，并且准备锂基材的熔体的步骤包括：加热锂合金的第一合金成分至第一温度并保温；将温度调整至第二温度；加入锂合金的第二合金成分，熔化并搅拌。。在一些实施方式中，第一温度为180℃～5000℃，第二温度为250℃～600℃。本专利技术的另一个方面还提供另一种制备上述网状锂材的方法，包括在惰性气氛保护下进行的以下步骤：步骤一：提供锂基材；步骤二：采用模切法，通过机械冲孔在所述锂基材上冲出网格结构；或者采用激光穿孔法，在所述锂基材上刻出网格结构；或者在锂基材上覆盖掩模，通过蚀刻法形成网格结构，得到网状锂材。本专利技术再一方面提供上述网状锂材的应用，包括：(a)将所述的网状锂材附着在负极集流体上或/和负极活性物质膜片上，用于负极补锂；(b)将所述的网状锂材用作负极集流体，负极活性物质涂敷在作为负极集流体的所述网状锂材上；(c)将所述的网状锂材直接用作金属锂负极。相比于现有技术，本专利技术提供的网状锂材具有以下优势中的至少一个：(1)使用网状锂材作为负极，可减轻电池自重，制造轻量化的电池；(2)使用网状锂材，可精确控制金属锂的用量；在孔壁上，减缓网状锂材表面枝晶的生长；(3)三维结构的网状锂材与电解质接触面积更大，可减缓锂枝晶的生长，改善了电极表面锂离子传导性，提高电池的倍率性能；(4)均匀网格结构的设计可很好地缓解负极膨胀，保持良好的界面结合，提高电池的循环性能；(5)网状锂材制作简便，可实现批量化生产。附图说明为让本公开内容及其优点更明显易懂，所附附图的说明参考如下：图1为本专利技术一种网状锂材的结构示意图；图2为本专利技术一种冲孔模具的示意图；图3为本专利技术一种浇铸模具的示意图；图4为补锂前后电池的库伦效率对比图；图5为补锂后负极片的SEM图。1网状锂材10锂基材11孔2模切模具20模头21配合模头22凸台23配合孔10锂基材3浇铸模具30浇道口31浇道32配合模具具体实施方式以下将结合附图描述本专利技术的内容。为明确说明起见，许多细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些细节不应用以限制本专利技术。此外，为简化附图，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单的示意的方式绘示之。本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”是用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。若无特别说明，以“约”、“大约”或“大致”为代表所修饰的数值的误差范围一般在容许范围以内，较佳地是百分之十以内，而更佳地则是百分五之以内。在锂离子电池中，在首次充放电时，正极中的锂离子通过电解液到达负极，一部分锂离子不可逆的用于负极固态电解质层(S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网状锂材，其特征在于：所述网状锂材具有均匀分布的网格结构，网格线的宽度为0.01mm至0.5mm且由锂基材构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种网状锂材，其特征在于：所述网状锂材具有均匀分布的网格结构，网格线的宽度为0.01mm至0.5mm且由锂基材构成。


2.根据权利要求1所述的网状锂材，其特征在于：所述网格结构的孔的形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、梯形、等边N边形(5≤N≤20)、五角星、异型孔中的一种或其组合。


3.根据权利要求2所述的网状锂材，其特征在于：单个孔的面积为4.0×10-4mm2～1.0×102mm2，且所有孔的总面积与网状锂材总面积的面积比为5％～98％。


4.根据权利要求1所述的网状锂材，其特征在于：所述锂基材为金属锂或锂合金，所述锂合金除包含元素Li外，还包含Ag、Al、Au、Ba、Be、Bi、C、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Fe、Ga、Ge、Hf、Hg、In、Ir、K、Mg、Mn、Mo、N、Na、Nb、Ni、Pt、Pu、Rb、Rh、S、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、TI、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb、Cu中的至少一种合金成分。


5.根据权利要求4所述的网状锂材，其特征在于：所述锂合金中包含质量百分比为10％～99.99％的锂。


6.根据权利要求1所述的网状锂材，其特征在于：所述网状锂材的厚度为20μm～2000μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：孔德钰，陈强，牟瀚波，王亚龙，郇庆娜，孙清海，
申请(专利权)人：中能中科天津新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12