金属锂负极、二次电池、电池模块、电池包及用电装置制造方法及图纸

本申请涉及电化学技术领域，尤其涉及一种金属锂负极、二次电池、电池模块、电池包以及用电装置。金属锂负极包括基底、金属锂和纤维层，基底包括铜网，铜网上镀有金属锂，铜网与所述纤维层复合。通过以铜网为基底支撑结构，对金属锂起到支撑作用，在电池充放电循环过程中，金属锂倾向于在铜网孔隙之间沉积，这样可以抑制锂枝晶过度生长，避免形成死锂，刺穿隔膜、造成容量的不可逆损失甚至刺穿隔膜等风险的发生。通过在金属锂负极上设计纤维层，在铜网上镀有金属锂后，再将纤维层与镀锂后的铜网复合，纤维层可以作为铜网的支撑结构，能进一步提高铜网的支撑稳定性，也能够对金属锂起到保护作用。护作用。护作用。

【技术实现步骤摘要】
金属锂负极、二次电池、电池模块、电池包及用电装置


[0001]本申请涉及电化学
，尤其涉及一种金属锂负极、二次电池、电池模块、电池包以及用电装置。

技术介绍

[0002]金属锂理论容量极高、氧化还原电位很低，是一种理想的锂离子电池用负极材料，以金属锂为负极的锂电池在未来化学电源发展中具有很大的应用前景。但是金属锂作为电池的负极存在安全隐患，在充放电过程中随着锂金属的不断沉积
‑
溶解，容易产生锂枝晶。过度生长的锂枝晶不仅会成为“死锂”，造成容量的不可逆损失，还会刺穿隔膜，使电池短路，存在起火风险。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种金属锂负极、二次电池、电池模块、电池包以及用电装置，以解决现有金属锂作为电池的负极容易产生锂枝晶，锂枝晶的过度生长不仅会成为“死锂”，造成容量的不可逆损失，还会刺穿隔膜，使电池短路，存在起火风险等问题。
[0004]本申请提供一种金属锂负极，金属锂负极包括基底、金属锂和纤维层，基底包括铜网，铜网上镀有金属锂，铜网与所述纤维层复合。
[0005]通过以铜网为基底支撑结构，对金属锂起到支撑作用，在电池充放电循环过程中，金属锂倾向于在铜网孔隙之间沉积，这样可以抑制锂枝晶过度生长，避免刺穿隔膜、造成容量的不可逆损失等风险的发生。通过在金属锂负极上设计纤维层，在铜网上镀有金属锂后，再将纤维层与铜网复合，纤维层可以作为铜网的支撑结构，能进一步提高铜网的支撑稳定性，也能够对金属锂起到保护作用。
[0006]在一种可能的设计中，铜网的孔隙面积为1
×
10
‑4mm2‑4×
10
‑4mm2。
[0007]通过对铜网的孔隙面积的合理选择，既能保证负极的能量密度，还能为金属锂提供沉积空间。当铜网的孔隙面积小于1
×
10
‑4mm2时，铜网的孔隙太小，不能满足金属锂足够的沉积空间，无法有效地抑制锂枝晶的生长。当铜网的孔隙面积大于4
×
10
‑4mm2时，负极结构强度不足，容易出现塌陷、变形等问题。
[0008]在一种可能的设计中，铜网中单根铜丝的直径为1mm
‑
2mm。
[0009]通过对铜网中单根铜丝的直径的合理选择，能够有效保证铜网的强度，从而对金属锂起到稳定的支撑作用。
[0010]在一种可能的设计中，基底还包括铜箔，铜箔连接于铜网的两侧。
[0011]通过在铜网的两侧设置铜箔，可以作为集流体，切割成负极极耳，用于制备卷绕结构的锂负极极片。
[0012]在一种可能的设计中，纤维层的厚度为1mm
‑
2mm。
[0013]通过对纤维层厚度的合理选择，能够达到更好的保护金属锂的效果。
[0014]本申请提供一种金属锂负极的制备方法，包括如下步骤：
[0015]制备铜网；
[0016]将铜网进行表面处理除去表面氧化层，再在铜网上镀金属锂；
[0017]将镀有金属锂的铜网与纤维层复合在一起，制备得到金属锂负极。
[0018]通过以铜网为基底，在其表面镀金属锂，再将纤维层与铜网复合，在循环过程中，锂倾向于在铜网孔隙之间沉积，可抑制锂枝晶过度生长，避免刺穿隔膜等风险。
[0019]在一种可能的设计中，在铜网上镀金属锂的速度为20μA
‑
40μA，时间为4h
‑
8h。
[0020]通过对铜网上镀金属锂的速度的合理选择，能够保证镀锂的均匀性，避免因镀锂不均匀而发生的锂金属脱落情况。
[0021]在一种可能的设计中，纤维层为玻璃纤维层、聚丙烯纤维层、聚丙烯腈纤维层或者聚酯纤维层。
[0022]在一种可能的设计中，复合的方式为辊压或者化学交联。
[0023]通过辊压或者化学交联的方式将纤维层与铜网复合在一起，起到支撑铜网和保护金属锂的作用。
[0024]在一种可能的设计中，化学交联的方法包括如下步骤：
[0025]将引发剂与聚合物单体分散到有机溶剂中，形成混合溶液；将混合溶液涂覆在镀有金属锂的铜网上，在引发剂的作用下，发生聚合反应，在铜网上形成纤维层。
[0026]通过利用铜网的网格间的空间将聚合物单体准确定位于金属锂表面，聚合物单体通过引发剂可以在分子的水平上在金属锂表面形成致密的保护层，相比于纤维层直接涂布在金属锂表面上，在烘干的过程中随着溶液的挥发会造成与金属锂或者其他基体产生空隙，本申请采用化学交联方法对金属锂负极的保护尤其明显。
[0027]在一种可能的设计中，聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、1，3
‑
二氧环戊烷中的一种；引发剂为双氟磺酰亚胺锂；聚合反应在惰性气体气氛保护下进行；聚合反应的温度为50℃
‑
60℃；聚合反应的时间为20min
‑
40min。
[0028]本申请还提供一种二次电池，包括上述的金属锂负极或由上述的制备方法制备的金属锂负极。
[0029]本申请还提供一种电池模块，包括上述的二次电池。
[0030]本申请还提供一种电池包，包括上述的电池模块。
[0031]本申请还提供一种用电装置，包括选自上述的二次电池、上述的电池模块或上述的电池包中的至少一种。
[0032]本申请的有益效果：
[0033]本申请一种金属锂负极包括基底、金属锂和纤维层，基底包括铜网，铜网上镀有金属锂，铜网与所述纤维层复合。通过以铜网为基底支撑结构，对金属锂起到支撑作用，在电池充放电循环过程中，金属锂倾向于在铜网孔隙之间沉积，这样可以抑制锂枝晶过度生长，避免容量不可逆损失与刺穿隔膜等安全性风险的发生。通过在金属锂负极上设计纤维层，在铜网上镀有金属锂后，再将纤维层与铜网复合，纤维层可以作为铜网的支撑结构，能进一步提高铜网的支撑稳定性，也能够对金属锂表面起到隔绝空气的保护作用。
[0034]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0035]图1为本申请所提供金属锂负极在第一种实施例中的结构示意图；
[0036]图2为本申请实施例中金属锂负极中基底的结构示意图；
[0037]图3为本申请实施例中金属锂负极中基底上镀金属锂后的结构示意图；
[0038]图4为本申请所提供的金属锂负极在第二种实施例中的结构示意图；
[0039]图5为本申请金属锂负极制备过程中结构的形成变化图；
[0040]图6是本申请一实施方式的二次电池的示意图；
[0041]图7是图6所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图；
[0042]图8是本申请一实施方式的电池模块的示意图；
[0043]图9是本申请一实施方式的电池包的示意图；
[0044]图10是图8所示的本申请一实施方式的电池包的分解图；
[0045]图11是本申请一实施方式的二次电本文档来自技高网...

【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基底(1)、金属锂(2)和纤维层(3)，所述基底(1)包括铜网(11)，所述铜网(11)上镀有所述金属锂(2)，所述铜网(11)与所述纤维层(3)复合。2.如权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述铜网(11)的孔隙面积为1
×
10
‑4mm2‑4×
10
‑4mm2。3.如权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述铜网(11)中单根铜丝的直径为1mm
‑
2mm。4.如权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述基底(1)还包括铜箔(12)，所述铜箔(12)连接于所述铜网(11)的两侧。5.如权利要求1所述的金属锂负极，其特征在于，所述纤维层(3)的厚度为1mm
‑
2mm。6.一种金属锂负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备铜网11；将所述铜网11进行表面处理除去表面氧化层，再在所述铜网11上镀金属锂2；将镀有所述金属锂2的所述铜网11与纤维层3复合在一起，制备得到所述金属锂负极。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述铜网(11)上镀所述金属锂(2)的速度为20μA
‑
40μA，时间为4h
‑
8h。8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纤维层(3)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱青青，唐代春，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：