一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂-镁合金/铜复合箔负极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂

【技术实现步骤摘要】
一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂金属电池是指采用金属锂作为负极的锂电池。与目前商用的石墨负极相比，金属锂的理论比容量更高、电位更负且密度更低，因此被称为锂电池负极的“圣杯”。然而金属锂的活性过高易与电解液反应产生体积膨胀，且在电池循环的过程金属锂的表面容易形成锂枝晶，从而对电池造成不可逆的影响。一方面，在锂电池循环的过程中，锂枝晶极易发展成“死锂”，从而严重影响锂电池的比容量。另一方面，当锂枝晶生长到一定程度时，刺穿隔膜从而导致锂电池的正负极相连，发生短路，从而造成热失控或爆炸等一系列的安全隐患。
[0003]有现有技术公开了将金属锂与金属镁合金化后再进行轧制，制备出锂
‑
镁合金箔负极，具有抑制锂枝晶的生长的作用，有效地增加了锂金属电池的安全性。
[0004]例如，CN201710112557.8提供了一种可作为锂硫二次电池负极材料的高镁含量型锂镁合金(镁含量为15wt％
‑
35wt％)，采用锂镁合金替代锂不仅能够保证负极在循环过程中的稳定,还能够抑制锂枝晶的产生，既克服了纯锂负极材料的不足，同时又改善了负极材料的可铸造加工性能。
[0005]但是，根据锂
‑
镁相图可知，金属锂与金属镁在宽泛的成分范围内可以形成固溶体，并不是所有的锂镁固溶体都能够抑制锂枝晶生长，现有技术公开的锂镁合金抑制锂枝晶生长的能力有待进一步提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极及其制备方法，该锂
‑
镁合金/铜复合箔负极具有十分优异的抑制锂枝晶生长的能力。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
[0008]本专利技术公开了一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极，所述负极由锂
‑
镁合金箔和铜箔复合轧制而成，所述锂
‑
镁合金箔中镁的质量百分比为40％
‑
50％，锂的质量百分比为50％
‑
60％。
[0009]作为优选的技术方案，所述锂
‑
镁合金箔的厚度为100
‑
120μm，所述铜箔的厚度为10
‑
20μm，复合轧制后的复合箔厚度为100
‑
120μm。
[0010]本专利技术还公开了一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将金属锂加热变为熔融状态；
[0012](2)将合金元素金属镁加入至熔融的金属锂中，并且在保温状态下不断搅拌，然后冷却，得到锂
‑
镁合金铸锭；
[0013](3)打磨去除锂
‑
镁合金铸锭表面的钝化层；
[0014](4)在锂
‑
镁合金铸锭两侧分别覆上一层离型膜，然后对锂
‑
镁合金铸锭进行轧制，将锂
‑
镁合金轧制成锂
‑
镁合金箔；
[0015](5)打磨锂
‑
镁合金箔的一侧表面，并将此表面面向铜箔叠放在一起；
[0016](6)在锂
‑
镁合金/铜叠片的两侧分别覆上一层离型膜，然后对锂
‑
镁合金/铜叠片进行轧制，将锂
‑
镁合金/铜叠片轧制成锂
‑
镁合金/铜复合箔；
[0017]以上步骤均在惰性气体保护中进行。
[0018]作为优选的技术方案，所述步骤(1)和步骤(2)中，加热熔融的容器为镍坩埚或不锈钢坩埚，加热温度为300
‑
350℃。
[0019]作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，采用400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目和3000目的砂纸依次对锂
‑
镁合金铸锭的表面进行打磨，且每次的方向需要垂直进行。
[0020]作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，对锂
‑
镁合金铸锭进行反复轧制，每次使其厚度减小50
‑
100μm；所述步骤(6)中，对锂
‑
镁合金/铜叠片进行反复轧制，每次使其厚度减小5
‑
10μm。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术的锂
‑
镁合金/铜复合箔负极具有高镁含量，在锂
‑
镁合金箔中镁的质量百分比为40％
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50％，该合金配比范围内的锂
‑
镁合金/铜复合箔负极具有十分优异的抑制锂枝晶生长的能力，并且力学性能等其他性能也非常优异。
附图说明
[0023]图1是实施例1制备的锂
‑
镁合金/铜复合箔的结合力测试结果图；其中(a)表示测试后锂
‑
镁合金一侧表面图，(b)表示测试后铜侧表面图，(c)表示测试后3M600胶带状态图；(d)表示3M600胶带。
[0024]图2是实施例1制备的锂
‑
镁合金箔的XRD测试结果图。
[0025]图3是实施例1锂
‑
镁合金/铜复合箔对称电池、对比例1制备的锂/铜复合箔对称电池在1mA/cm2的电流密度与1mAh/cm2的容量密度下进行的循环性能测试结果图。
[0026]图4是实施例1锂
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镁合金/铜复合箔对称电池、对比例2制备的锂
‑
镁合金/铜复合箔对称电池在1mA/cm2的电流密度与1mAh/cm2的容量密度下进行的循环性能测试结果图。
[0027]图5是实施例1锂
‑
镁合金/铜复合箔对称电池、对比例1制备的锂/铜复合箔对称电池在2mA/cm2的电流密度与1mAh/cm2的容量密度下进行的循环性能测试结果图。
[0028]图6是实施例1锂
‑
镁合金/铜复合箔对称电池、对比例2制备的锂
‑
镁合金/铜复合箔对称电池在2mA/cm2的电流密度与1mAh/cm2的容量密度下进行的循环性能测试结果图。
[0029]图7是锂枝晶的生长情况观测图；其中(a)表示纯锂在循环开始前，(b)表示纯锂循环至30min时，(c)表示纯锂循环至60min时；(d)表示Li5Mg合金在循环开始前，(e)表示Li5Mg合金循环至30min时，(f)表示Li5Mg合金循环至60min时。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一
步阐述。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极，其特征在于：所述负极由锂
‑
镁合金箔和铜箔复合轧制而成，所述锂
‑
镁合金箔中镁的质量百分比为40％
‑
50％，锂的质量百分比为50％
‑
60％。2.根据权利要求1所述的抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极，其特征在于：所述锂
‑
镁合金箔的厚度为100
‑
120μm，所述铜箔的厚度为10
‑
20μm，复合轧制后的复合箔厚度为100
‑
120μm。3.权利要求1或2所述的抑制锂枝晶生长的高镁含量锂
‑
镁合金/铜复合箔负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将金属锂加热变为熔融状态；(2)将合金元素金属镁加入至熔融的金属锂中，并且在保温状态下不断搅拌，然后冷却，得到锂
‑
镁合金铸锭；(3)打磨去除锂
‑
镁合金铸锭表面的钝化层；(4)在锂
‑
镁合金铸锭两侧分别覆上一层离型膜，然后对锂
‑
镁合金铸锭进行轧制，将锂
‑
镁合金轧制成锂
‑
镁合金箔；(5)打磨锂
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴军，姚瑞君，武俊伟，邓睿，辛民昌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：