一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池技术

本发明专利技术提供了一种锂金属负极，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。本发明专利技术通过在锂金属负极表面涂覆保护层，降低金属锂表面的电流密度，缓慢形成致密且均匀的固体电解质界面膜，减少锂的消耗，同时还可防止锂金属与电解液发生副反应，使金属锂负极具有循环寿命更长和安全性能更高的性能。将该锂金属负极运用到锂金属电池中，可以得到高能量密度的电池，涂覆的保护层一致性高且与金属锂负极结合紧密，保护层的涂覆方法和现有电芯制备工艺一致，不增加工艺难度且利于放大制备，有利于推进锂金属电池的产业化进行。

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池。
技术介绍
在众多储能装置中，锂离子电池由于其高的能量密度和功率密度而备受关注，被人们广泛使用。但是，就锂电池本身的能量密度而言，其能量密度的大小与电极材料种类密切相关。石墨是目前广泛应用于锂离子电池的负极材料，但是其理论容量仅有370mAh/g，从而制约了电池的能量密度。金属锂作为锂电池负极材料，理论能量密度能达到3650mAh/g，是建立高能量密度的金属锂电池最佳的负极材料之一。但是，金属锂作为锂电池负极时，和传统的石墨负极相比，锂金属也有很多明显的缺点。锂金属负极在沉积过程中，易形成不规则的锂枝晶，形成的锂枝晶极易刺穿隔膜而引起内部短路，甚至发生起火或爆炸等安全事故。另外，产生的锂枝晶很容易脱落而形成“死锂”，降低电池的库伦效率。同时，锂负极具有非常高的反应活性，会与有机电解液发生不可逆反应，造成不可逆容量损失，使得循环性能迅速衰减。因此，急需要一种有效的保护锂负极的方法，其中，在锂金属表面涂覆保护层是一项高效可行的技术，如公开号为CN10836178A的中国专利技术专利申请和公开号为CN109309234A的中国专利技术专利申请都公开了通过在锂金属负极上涂覆保护层，以抑制锂枝晶的生长，防止锂金属与电解液副反应的发生，从而实现保护金属锂负极的目的。此外现有技术中还公开了将石墨烯保护层辊压至金属锂表面以对金属锂负极进行保护，但该保护需要先将石墨烯在载体上成膜后再将载体、膜和锂片进行辊压，将膜转移到锂表面，工艺复杂且转移到锂表面的膜连续性不能保证，保护层和锂的接触不够高以致在组装成电芯后很可能脱落。随着人们对锂电池性能的要求越来越高，依然需要更好地对金属锂负极进行保护,减少/防止锂枝晶生长，以提高电池的安全性能。因此，需要寻求一种新的技术来解决上述问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池，本专利技术通过在锂金属负极表面涂覆保护层使金属锂负极具有循环寿命更长和安全性能更高。本专利技术提供了一种锂金属负极，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。优选的，所述导电剂选自炭黑、SuperP、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或多种。优选的，所述聚合物粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈或其改性衍生物中的一种或多种。优选的，所述聚合物粘结剂占所述导电剂和聚合物粘结剂总质量的5％～15％。优选的，所述锂箔的厚度为20μm～100μm；所述保护层的厚度为0.1μm～20μm。本专利技术还提供了一种上述锂金属负极的制备方法，包括以下步骤：将导电剂和聚合物粘结剂分散在有机溶剂中制备成浆料，在不大于露点-44℃的干燥环境下，将浆料包覆于锂箔的表面，经干燥后，得到锂金属负极。优选的，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、四甲基脲、二甲基亚砜、磷酸三乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种。优选的，所述干燥的温度为20℃～70℃。优选的，所述包覆的方法包括：刮涂、喷涂、旋涂或溅射。本专利技术还提供了一种锂金属电池，包括上述锂金属负极或上述制备方法制备得到的锂金属负极。与现有技术相比，本专利技术提供了一种锂金属负极，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。本专利技术通过在锂金属负极表面涂覆保护层，降低金属锂表面的电流密度，缓慢形成致密且均匀的固体电解质界面膜，减少锂的消耗，同时还可防止锂金属与电解液发生副反应，使金属锂负极具有循环寿命更长和安全性能更高的性能。将该锂金属负极运用到锂金属电池中，可以得到高能量密度的电池，涂覆的保护层一致性高且与金属锂负极结合紧密，保护层的涂覆方法和现有电芯制备工艺一致，不增加工艺难度且利于放大制备，有利于推进锂金属电池的产业化进行。附图说明图1为锂箔的光学照片；图2为实施例1制备得到的锂金属负极的光学照片；图3为实施例1制备的锂金属负极组装成软包电池的充放电循环性能图；图4为对比例1组装的软包电池的充放电循环性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种锂金属负极，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。本专利技术提供的锂金属负极包括锂箔，其中，所述锂箔的厚度为20μm～100μm，优选为40～80μm，更优选为50～70μm。本专利技术提供的锂金属负极还包括包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。其中，所述导电剂选自炭黑、SuperP、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或多种，在本专利技术的一些具体实施方式中，所述导电剂选自炭黑、SuperP、碳纳米管、石墨烯或碳纤维。所述聚合物粘结剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)或其改性衍生物中的一种或多种，所述聚合物粘结剂为纯相聚合物。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述聚合物粘结剂选自PVDF、PVDF-HFP或PAN。所述聚合物粘结剂占所述导电剂和聚合物粘结剂总质量的5％～15％，优选为5％～12％，进一步优选为7％～11％。具体的，在本专利技术具体实施例中，聚合物粘结剂占导电剂和聚合物粘结剂总质量百分比可以是5％、10％、12％、14％或15％，其对应的导电剂百分比为95％、90％、88％、86％或85％。本专利技术还提供了一种锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将导电剂和聚合物粘结剂分散在有机溶剂中制备成浆料，在不大于露点-44℃的干燥环境下，将浆料包覆于锂箔的表面，经干燥后，得到锂金属负极。具体的，首先制备浆料，将导电剂和聚合物粘结剂分散在有机溶剂中制备成浆料。其中，所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、四甲基脲(TMU)、二甲基亚砜(DMSO)、磷酸三乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种，优选为NMP、DMF、DMAC、DMSO或碳酸乙烯酯。所述浆料中固含量优选为40％～50％，进一步优选为42％～48％，进一步优选为44％～46％；在不大于露点-44℃的干燥环境下，将浆料包覆于锂箔的表面。本专利技术对所述包覆的方式并没有特殊限制，优选为刮涂、喷涂、旋涂或溅射。接着，对包覆了浆料的锂箔进行干燥，所述干燥的温度为20℃～70℃。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述干燥的温度为20℃、30℃、40℃或50℃。干燥后，得到锂金属负极。本专利技术还提供了一种锂金属电池，包括上述锂金属负极或上述制备方法制备得到的锂金属负极。本专利技术通过在锂金属负极表面涂覆保护层，降低金属锂表面的电流密度，缓慢形成致密且均匀的固体电解质界面(SEI)膜，减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂金属负极，其特征在于，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂金属负极，其特征在于，包括锂箔以及包覆于所述锂箔表面的保护层，所述保护层由导电剂和聚合物粘结剂制备而成。


2.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述导电剂选自炭黑、SuperP、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述聚合物粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈或其改性衍生物中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述聚合物粘结剂占所述导电剂和聚合物粘结剂总质量的5％～15％。


5.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述锂箔的厚度为20μm～100μm；所述保护层的厚度为0.1μm～20μm。


6.一种如权利要求1～5任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进鑫，冯玉川，冯奇，李铮，何泓材，孙亮，杨帆，南策文，刘京亮，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，清陶昆山能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31