一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法，三电极锂金属电池包括锂金属负极、工作电极、辅助电极和隔膜，所述辅助电极为氧化物或碳，所述辅助电极位于所述锂金属负极和所述工作电极之间，且所述锂金属负极与所述辅助电极之间和所述辅助电极与所述工作电极之间均通过隔膜隔开。本发明专利技术申请通过在锂金属或者锂合金表面原位构建出三维多孔结构以供充放电过程中锂的嵌入和脱出，能很好的将沉积锂限制于三维多孔结构的内部空间中，减少充放电过程中锂负极的体积膨胀，有效抑制锂枝晶的生长。锂枝晶的生长。锂枝晶的生长。

【技术实现步骤摘要】
一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法


[0001]本专利技术涉及电池技术，特别涉及一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法。

技术介绍

[0002]锂金属负极有远超传统石墨负极的高能量密度，现如今在各个领域，如新能源汽车、电子设备等已经取得了广泛的应用。
[0003]但是，锂金属作为负极材料在循环时会出现很多的问题，主要有：(1)在充放电循环过程中，锂离子在锂金属表面不均匀地生长，形成锂枝晶，锂枝晶的不断生长会刺破隔膜并与正极接触，造成电池内部短路，甚至是热失控，有很大的安全隐患；(2)锂金属电池在充放电过程中，金属锂负极会经历高达40％
‑
60％的体积膨胀。
[0004]因此，如何通过对锂金属的处理来缓解或者改善上述的问题，使锂金属能够真正应用于锂金属电池中，既是必然的趋势也是现实的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法，一方面避免了锂枝晶生长不均匀的问题，另一方面控制了负极侧严重的体积膨胀问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种三维骨架负极的三电极锂金属电池，包括锂金属负极、工作电极、辅助电极和隔膜，所述辅助电极为氧化物或碳，所述辅助电极位于所述锂金属负极和所述工作电极之间，且所述锂金属负极与所述辅助电极之间和所述辅助电极与所述工作电极之间均通过隔膜隔开。
[0008]作为优选，所述辅助电极采用的氧化物为Co3O4、MnO2中的一种。
[0009]作为优选，所述锂金属负极的长和高分别大于辅助电极的长和高，所述辅助电极的长和高分别大于所述工作电极的长和高。
[0010]作为优选，所述辅助电极为厚度25μm
‑
100μm，孔隙率50％
‑
70％的多孔结构，所述辅助电极的集流体为泡沫结构。
[0011]作为优选，所述工作电极为三元正极材料。
[0012]一种三维骨架负极的三电极锂金属电池的使用方法，包括以下步骤：
[0013]S1、连接锂金属负极和辅助电极，组成回路进行循环，锂金属负极靠近辅助电极一侧的Li脱出，嵌入到辅助电极侧，使锂金属负极靠近辅助电极的一侧形成三维多孔结构；
[0014]S2、断开辅助电极，连接锂金属负极和工作电极，组成回路，并进行常规充放电循环；
[0015]S3、当循环预设圈数后，断开工作电极，再次返回步骤S1，进行一次锂金属负极与辅助电极的回路循环，消耗掉锂金属负极表面孔隙内多余的锂，重新形成三维多孔结构后
再次执行步骤S2和S3，如此往复；
[0016]S4、当锂金属电池可用容量低于80％时，连接辅助电极和工作电极，辅助电极可以发挥负极功能。
[0017]作为优选，所述步骤S3中的预设圈数为80
‑
120圈。
[0018]作为优选，所述步骤S1中电流密度为1mA/cm2‑
8 mA/cm2，时间为0.5h
‑
3h。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的一种三维骨架负极的三电极锂金属电池及使用方法的优点在于：
[0020](1)本专利技术申请通过在锂金属或者锂合金表面原位构建出三维多孔结构以供充放电过程中锂的嵌入和脱出，能很好的将沉积锂限制于三维多孔结构的内部空间中，减少充放电过程中锂负极的体积膨胀，有效抑制锂枝晶的生长。
[0021](2)当锂金属电池经多次循环，出现堵塞锂金属或者锂合金表面的三维多孔结构的孔隙时，通过连接锂金属负极和辅助电极，进行一次锂金属负极和辅助电极的回路循环，即可消耗掉锂金属负极表面孔隙多余的锂，重新形成三维多孔结构，如此往复，彻底解决锂沉积对锂金属电池负极的影响。
[0022](3)当锂金属电池可用容量低于80％时，辅助电极可以发挥负极功能，充分利用电池内部的活性锂，提升电池的整体循环寿命。
[0023](4)多孔辅助电极相比隔膜具有更高的强度，另外加上双隔膜的设计，三明治结构隔开锂金属负极与工作电极，可以进一步阻挡锂枝晶的生长，提高安全性，同时可以吸纳更多的电解液，提高保液量，进而提高循环性能。
[0024](5)通过特殊的孔隙率设计，辅助电极不会影响锂离子在负极与正极之间的传输速度。
[0025](6)通过特殊的负极与辅助电极的电流匹配设计，可以消除锂金属表明的枝晶，从而进一步提升电池的循环寿命。
[0026](7)本专利技术申请中的三维多孔结构，具有表面自修复能力，可以不受循环时间的影响，能够原位多次构建多孔结构，且操作方法简单。
附图说明
[0027]图1为本实施例1中三维骨架负极的三电极锂金属电池的结构示意图一；
[0028]图2为本实施例1中三维骨架负极的三电极锂金属电池的结构示意图二；
[0029]图3为本实施例1中三维骨架负极的三电极锂金属电池的结构示意图三。
[0030]图中，1、锂金属负极；2、工作电极；3、辅助电极；4、隔膜。
具体实施方式
[0031]以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0032]实施例
[0033]一种三维骨架负极的三电极锂金属电池，包括锂金属负极、工作电极、辅助电极和隔膜，锂金属负极为金属锂或者锂合金材料，工作电极为三元正极材料，辅助电极为氧化物或碳，辅助电极的氧化物优选为Co3O4、MnO2中的一种，辅助电极位于锂金属负极和工作电极之间，且锂金属负极与辅助电极之间和辅助电极与工作电极之间均通过隔膜隔开。
[0034]锂金属负极的长和高分别大于辅助电极的长和高，辅助电极的长和高分别大于工作电极的长和高，辅助电极的厚度为25μm
‑
100μm，孔隙率50％
‑
70％的多孔结构，辅助电极的集流体为泡沫结构。
[0035]上述三维骨架负极的三电极锂金属电池的使用方法，包括以下步骤：
[0036]S1、连接锂金属负极和辅助电极，组成回路进行循环，锂金属负极靠近辅助电极一侧的Li脱出，嵌入到辅助电极侧，使锂金属负极靠近辅助电极的一侧形成三维多孔结构；
[0037]S2、断开辅助电极，连接锂金属负极和工作电极，组成回路，并进行常规充放电循环；
[0038]S3、当循环预设圈数后，断开工作电极，再次返回步骤S1，进行一次锂金属负极与辅助电极的回路循环，消耗掉锂金属负极表面孔隙内多余的锂，重新形成三维多孔结构后再次执行步骤S2和S3，如此往复；
[0039]S4、当锂金属电池可用容量低于80％时，连接辅助电极和工作电极，辅助电极可以发挥负极功能，充分利用电池内部的活性锂，提升电池的整体循环寿命，对电池报废起到缓冲作用，避免突发状况。
[0040]实施例1、
[0041]一种三维骨架负极的三电极锂金属电池，如图1
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3所示，选取厚度为80μm的锂金属作为锂金属负极1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维骨架负极的三电极锂金属电池，其特征在于：包括锂金属负极、工作电极、辅助电极和隔膜，所述辅助电极为氧化物或碳，所述辅助电极位于所述锂金属负极和所述工作电极之间，且所述锂金属负极与所述辅助电极之间和所述辅助电极与所述工作电极之间均通过隔膜隔开。2.根据权利要求1所述的三维骨架负极的三电极锂金属电池，其特征在于：所述辅助电极采用的氧化物为Co3O4、MnO2中的一种。3.根据权利要求1所述的三维骨架负极的三电极锂金属电池，其特征在于：所述锂金属负极的长和高分别大于辅助电极的长和高，所述辅助电极的长和高分别大于所述工作电极的长和高。4.根据权利要求3所述的三维骨架负极的三电极锂金属电池，其特征在于：所述辅助电极为厚度25μm
‑
100μm，孔隙率50％
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70％的多孔结构，所述辅助电极的集流体为泡沫结构。5.根据权利要求1所述的三维骨架负极的三电极锂金属电池，其特征在于：所述工作电极为三元正极材料。6.一种三维骨架负极的三电极锂金属电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓雄，崔言明，顾凡佩，龚和澜，俞拓，戈志敏，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：