金属锂负极和二次电池制造技术

提供了一种金属锂负极和二次电池。本实用新型专利技术的金属锂负极包括具有夹心结构的集流体和位于复合集流体上下两个表面上的金属锂/锂合金带，其中所述集流体的夹心结构由基底膜层和位于所述基底膜层的两个表面上的铜层构成。该金属锂负极可以满足高比能电池的需求，且可以批量化生产。以批量化生产。以批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
金属锂负极和二次电池


[0001]本技术涉及储能
，尤其涉及一种可用于二次电池的金属锂负极。

技术介绍

[0002]锂电池因其能量密度高，循环寿命长和适用温度范围广的优点而被广泛应用于航空航天，计算机，移动通讯设备和电动汽车等领域。随着社会的发展，科技的进步，对于锂电池的能量密度和循环寿命要求越来越高，而目前单纯以石墨为负极的锂离子电池难以满足社会的需求，所以需要开发新型具有更高比容量的正负极材料。对于负极材料而言，由于金属锂高的比容量(3860mAh/g，为石墨负极的10倍)和最低的氧化还原电位(
‑
3.04V VS标准氢电位)，可有效提高电池比能量。
[0003]在锂电池中，正极材料使用磷酸铁锂、钴酸锂或者高镍三元材料，正极材料中本身已含有锂，负极使用的金属锂很少(金属锂厚度小于50um)；由于金属锂本身很软，在金属锂厚度小于50um时，如果没有支撑膜，很容易拉断粘连，所以目前使用的金属锂负极常采用锂铜复合带，铜作为集流体的同时也起到了支撑的作用。目前二次电池中常使用铜箔厚度为6
‑
8um，铜箔占电池总质量的13％左右，电池比能量有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]为提高电池比能量，专利技术人经研究发现，采用高分子聚合物材料气相沉积上铜可以作为金属锂负极的支撑材料，再复合金属锂/锂合金带，即可获得轻质金属锂负极。另外，通过控制温度和压力条件，可以获得表面平整的金属锂负极，其可以直接做电池使用。
[0005]本技术的一个方面旨在提供一种金属锂负极，其包括具有夹心结构的集流体，和位于所述集流体上下两个表面上的金属锂/锂合金带，其中，所述集流体的夹心结构由基底膜层和位于所述基底膜层的两个表面上的铜层构成。
[0006]可选地，所述铜层的厚度为100nm
‑
3um，优选500nm
‑
2um。
[0007]可选地，所述金属锂/锂合金带的厚度为1
‑
150um，优选5
‑
20um。
[0008]可选地，金属锂合金是由金属锂与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、Y、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb和Cu中一种或多种形成的合金。通过调节合金元素的量，可以在不改变含锂层厚度的情况下控制金属锂(有效锂)的量。锂合金中金属锂的含量通常为10
‑
99.9重量％。
[0009]可选地，所述基底膜层的厚度为3
‑
10um。
[0010]可选地，所述基底膜层由高分子聚合物材料形成。所述高分子聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚二甲酰苯二胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、芳纶、环氧树脂、聚甲醛、酚醛树脂、硅橡胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、蛋白质及其衍生物、聚乙二醇及其交联物、聚
乙烯醇及其交联物中的至少一种。
[0011]可选地，所述金属锂负极的宽度为10
‑
1000mm，优选100
‑
500mm。
[0012]可选地，所述金属锂负极表面平整，无皱褶，金属锂负极表面的粗糙度Ra范围0.5～3um。
[0013]可选地，所述金属锂负极可以通过以下方法形成，所述方法包括：
[0014](1)将成卷的高分子聚合物材料膜层烘干，然后在高分子聚合物材料膜层的上下两个表面通过气相沉积金属铜层，形成集流体；
[0015](2)将金属锂/锂合金带辊压复合到金属铜层上，得到金属锂负极。
[0016]可选地，气相沉积方式可以选择真空蒸镀、磁控溅射、离子镀等技术来实现。
[0017]可选地，在步骤(2)之前将集流体冷冻，例如在
‑
10℃到
‑
18℃冷冻；并且在步骤(2)的辊压复合时，采用冷轧辊，轧辊表面温度为
‑
15℃到
‑
5℃。
[0018]可选地，辊压复合分步进行，每步辊压复合使用的压力为1
‑
20Mpa，优选1
‑
10Mpa，更优选1
‑
5Mpa。优选辊压复合分两步进行，第二步辊压复合的压力大于第一步辊压复合的压力。
[0019]本技术的另一个方面提供一种二次电池，其包括上述的金属锂负极，以及正极/隔膜/电解液或者正极/固态电解质。
[0020]可选地，金属锂负极可以直接做二次电池的负极使用，可以和正极/电解液/隔膜组装成液态二次电池；也可以和正极/固态电解质(含或不含电解液)组装成半固态或固态二次电池。
[0021]可选地，正极活性材料可以选自磷酸铁锂、钴酸锂、高镍三元材料(NCM镍钴锰三元或者NCA镍钴铝三元)等。
[0022]可选地，隔膜可以选自聚丙烯(PP)膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层复合膜，隔膜上可以带陶瓷或PVDF(聚偏氟乙烯)涂层。
[0023]可选地，固态电解质可以选自硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质(例如聚环氧乙烷、PVDF、聚丙烯腈等和锂盐组成)、硫化物固态电解质和聚合物混合电解质、氧化物固态电解质和聚合物混合电解质。
[0024]可选地，电解液选择酯类电解液或醚类电解液。
[0025]可选地，二次电池通过叠片或卷绕的工艺组装而成。
[0026]本技术的技术方案至少实现了以下有益效果之一：
[0027]1.将金属锂/锂合金带直接复合在具有夹心结构的集流体上，即可获得轻质金属锂负极。
[0028]2.所得金属锂负极表面平整，以直接做电池使用。
[0029]3.通过气相沉积和辊压两道成熟工艺可以批量化制备轻质的金属锂负极，可以工业化生产应用。
[0030]4.高分子聚合物材料比纯铜箔密度小，比能量可以提升10％左右(铜箔的密度是8.93g/cm3，高分子聚合物材料的密度是0.7～1.4g/cm3)。
[0031]5.安全性提高，电池发生短路时，金属锂负极材料中高分子聚合物材料起到绝缘隔断正负极作用。
附图说明
[0032]图1为本技术的金属锂负极产品的一个结构示意图。
[0033]图2为本技术实施例1的金属锂负极产品照片。
[0034]图3为本技术对比例1的金属锂负极产品照片。
具体实施方式
[0035]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属锂负极，其特征在于，所述金属锂负极包括：具有夹心结构的集流体，和位于所述集流体上下两个表面上的金属锂/锂合金带，其中，所述集流体的夹心结构由基底膜层和位于所述基底膜层的两个表面上的铜层构成。2.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述铜层的厚度为100nm
‑
3um。3.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述金属锂/锂合金带的厚度为1
‑
150um。4.根据权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述基底膜层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郇庆娜，孔德钰，孙兆勇，陈强，牟瀚波，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：新型
国别省市：