一种锂负极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂负极及其制备方法，属于电池技术领域。该锂负极包括改性隔膜和金属锂负极片，其中，改性隔膜与位于金属锂负极片的一侧并紧密贴合，经热压处理后形成一体化的锂负极，这样可以有效减少环境对其的腐蚀，从而增加锂负极的储存及可加工性能。本发明专利技术的锂负极制备方法具有工艺简单、成本低廉、安全可靠等特点，制备过程无需对锂负极或锂金属界面进行修饰，便于大规模化量产。将本发明专利技术得到的一体化锂负极应用于锂金属电池，制备的锂电池具有更长的循环寿命和更高的库伦效率。具有更长的循环寿命和更高的库伦效率。具有更长的循环寿命和更高的库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂负极及其制备方法


[0001]本专利技术公开了一种锂负极及其制备方法，属于电池


技术介绍

[0002]近年来，锂离子二次电池已在消费电子和通信领域已经得到广泛应用。且随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的迅猛发展，需要进一步提高锂离子电池的性能，比如更高的能量密度和安全性以及更长的循环寿命等。但由于其理论容量有限，目前开发利用已经接近极限。
[0003]金属锂具有超高的理论比容量和最低的氧化还原电位，是构建锂氧、锂硫、固态电池等下一代高比能二次电池体系的理想负极材料。但金属锂也具有较强的活泼性，在充放电过程中易与有机电解液发生反应，生成具有各项异性且不稳定SEI(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面)膜；同时，金属锂在沉积过程中的不均匀性，极易长成锂枝晶，锂枝晶将有可能刺穿隔膜，带来严重的安全隐患；此外，金属锂在沉积过程中，将会伴随着巨大的体积膨胀，这样的体积膨胀将会导致SEI膜的不断破裂，使得沉积的锂枝晶会从基底上脱落，进入电解液，暴露出新鲜的锂，新鲜的锂又将不断消耗电解液，如此循环往复，导致电池性能迅速下降。
[0004]为了解决上述技术问题，本领域技术人员提出了多种解决方案，如新型三维集流体的设计、电解液添加剂、固态电解质或构建新型人工修饰层等。三维集流体可以使得电极表面的电流密度降低而减少锂枝晶的生成，但会降低锂的利用率和电池整体的能量密度。电解液添加剂可以原位参与生成SEI膜，引导锂离子的均匀分布，但是电解液添加剂会在电化学循环过程中不断消耗直至完全耗尽，失去了原有的保护作用。固态电解质在锂负极的安全性上被寄予厚望，但目前仍然存在着界面阻抗较大、离子电导率低的问题。在锂负极表面构建人工修饰层能够有效抑制锂枝晶的生长，减少锂金属与电解液之间的副反应，但制备工艺往往比较复杂，制备环境也比较严苛，不利于规模化生产。因此本领域技术人员亟需开发一种简单可行且成本较低的保护金属锂负极的方法，进而提高锂金属电池的循环寿命和倍率性能，促进锂金属负极的商业化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决锂负极的储存及可加工性能差的问题，提供一种锂负极及其制备方法。该制备方法工艺简单、成本低廉、安全可靠，制备过程无需对锂负极直接加工或对锂金属界面进行修饰，有利于提高锂负极的储存时间和可加工性能，便于锂负极的规模化应用。
[0006]本专利技术解决上述问题采用的技术方案：锂负极包括改性隔膜、金属锂负极片，所述改性隔膜与位于金属锂负极片的一侧紧密贴合形成一体化锂负极；
[0007]所述改性隔膜包括隔膜、功能涂层；隔膜的厚度为5～25μm，功能涂层的厚度为0.5～20μm；
[0008]隔膜为PE隔膜、PP隔膜、PP/PE/PP三层隔膜、薄姆石涂覆隔膜、芳纶涂覆隔膜中的一种以上。
[0009]锂负极的制备方法步骤如下：
[0010]步骤一、将功能涂层预先涂覆在隔膜上，得到改性隔膜；
[0011]步骤二、将改性隔膜与金属锂负极一侧紧密贴合后，通过热压方式形成锂负极；热压方式为：调节双平板热压机的热压温度为30～80℃，热压时间为0.5～6h；以及调节双平板热压机的热压压力为1～10Mpa。
[0012]所述功能涂层的的原料重量份组成如下：
[0013]含锂化合物
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4～8份
[0014]有机聚合物
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1～4份
[0015]粘结剂
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1份
[0016]其中：含锂化合物为纳米形貌的硅酸铝锂、透锂长石、锂云母、硅酸镁锂、锂皂石、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂锗磷硫、锂磷硫氯中的一种以上；或者含锂化合物为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、高氯酸锂、硝酸锂、氮化锂、磷化锂、氧化锂、硫化锂、硒化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂中的一种以上；
[0017]有机聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸亚乙烯酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、全氟磺酸树脂、锂化全氟磺酸树脂中的一种以上；
[0018]粘结剂为明胶、阿拉伯胶、壳聚糖、淀粉、环糊精、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丁苯橡胶、LA133、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚酰胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺中的一种以上。
[0019]所述功能涂层的制备方法步骤如下：
[0020]按照重量配比组成选取含锂化合物、有机聚合物、粘结剂后，以球磨方式混合分散于溶剂中，待分散均匀后，得到功能涂层浆料；
[0021]将功能涂层浆料均匀涂覆于隔膜的一面，然后在温度为40～80℃干燥12～48h得到含有功能涂层的改性隔膜；
[0022]其中：溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮、乙二醇、四氢呋喃、二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮和N，N
‑
二甲基甲酰胺中的一种以上。
[0023]本专利技术的有益效果：该锂负极包括改性隔膜和金属锂负极片，其中，改性隔膜与位于金属锂负极片的一侧并紧密贴合，经热压处理后形成一体化锂负极，这样可以有效减少环境对锂负极的腐蚀，从而增加锂负极的储存及可加工性能。本专利技术的锂负极制备方法具有工艺简单、成本低廉、安全可靠等特点，制备过程无需对锂负极或锂金属界面进行修饰，便于大规模化量产。将本专利技术的到一体化锂负极应用于锂金属电池，制备的锂金属电池具有更长的循环寿命和更高的库伦效率。
附图说明
[0024]图1一体化锂负极制备过程的流程示意图
[0025]图2测试的锂锂对称电池在1mA cm
‑2的电流密度和1mA h cm
‑2的容量下的电压
‑
时
间曲线
[0026]图中：a为普通锂负极的曲线，b为一体化锂负极的曲线；
[0027]纵坐标为极化电压，单位V；横坐标为循环时间，单位h。
[0028]图3普通锂负极和一体化锂负极组装的锂硫电池在0.5C下循环100次后的金属锂表面SEM图
[0029]图中：a为一体化锂负极；b为普通锂负极。
[0030]图4普通锂负极和一体化锂负极组装的磷酸铁锂全电池在0.5C倍率下循环100次后的锂负极表面SEM图
[0031]图中：a为一体化锂负极；b为普通锂负极。
[0032]图5普通锂负极和一体化锂负极组装的锂硫电池在0.5C倍率下的循环性能和库伦效率对比图
[0033]图中：a曲线为普通锂负极的循环性能，b曲线为一体化锂负极的循环性能，c曲线为一体化锂负极的库伦效率，d曲线为普通锂负极的库伦效率。
具体实施方式
[0034]下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细描述。
[0035]实施例1
[0036]本专利技术的一种锂负极的制备方法步骤如下：
[0037]1)依次称量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂负极，其特征在于，锂负极包括改性隔膜、金属锂负极片，所述改性隔膜与位于金属锂负极片的一侧紧密贴合形成一体化锂负极；所述改性隔膜包括隔膜、功能涂层；隔膜的厚度为5～25μm，功能涂层的厚度为0.5～20μm；隔膜为PE隔膜、PP隔膜、PP/PE/PP三层隔膜、薄姆石涂覆隔膜、芳纶涂覆隔膜中的一种以上。2.如权利要求1所述的一种锂负极，其特征在于，锂负极的制备方法步骤如下：步骤一、将功能涂层预先涂覆在隔膜上，得到改性隔膜；步骤二、将改性隔膜与金属锂负极一侧紧密贴合后，通过热压方式形成锂负极；热压方式为：调节双平板热压机的热压温度为30～80℃，热压时间为0.5～6h；以及调节双平板热压机的热压压力为1～10Mpa。3.如权利要求1所述的一种锂负极，其特征在于，所述功能涂层的的原料重量份组成如下：含锂化合物
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4～8份有机聚合物
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1～4份粘结剂
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1份其中：含锂化合物为纳米形貌的硅酸铝锂、透锂长石、锂云母、硅酸镁锂、锂皂石、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂锗磷硫、锂磷硫氯中的一种以上；或者含锂化合物为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维坤，魏磊，金朝庆，曹高萍，王安邦，邱景义，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院防化研究院，
类型：发明
国别省市：