一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法技术

提供了一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法。通过该方法制备的金属锂带具有优于纯金属锂带的抗拉伸强度，可应用于工业化生产场景中的收放卷系统。该金属锂带具有三维骨架结构，可为金属锂的沉积提供预留空间，避免循环过程中电极剧烈的物理形变。该金属锂带的三维骨架结构中包含亲锂碳材料，与锂具有很好的浸润性，金属锂沉积在亲锂碳材料表面时，所需的成核能较小，有利于金属锂的均匀成核，可抑制锂枝晶的产生和生长。另外，该金属锂带中金属锂与亲锂碳材料的比例可调，可适配不同面容量的正极，避免过多金属锂的使用和浪费。避免过多金属锂的使用和浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法


[0001]本专利技术属于新材料
，尤其涉及金属锂加工领域，特别是一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法。
[0002]背景介绍
[0003]金属锂作为负极材料具有很高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电化学势(
‑
3.04V相对于氢标准电极)，但是其在电池循环过程中，金属锂的枝晶问题和体积膨胀问题会引起金属锂电极的失效，为金属锂带材的大规模应用设置了障碍。另外，金属锂粘性大，在生产过程中不容易进行带材的加工，特别是制备超薄金属锂带(厚度小于50微米的带材)。
[0004]针对金属锂枝晶问题和体积膨胀问题，目前的解决方案主要是构建一个三维骨架结构，该骨架结构的主要作用有两个：一是利用骨架结构非常大的比表面积，达到减小局部电流密度的作用，进而抑制金属锂枝晶的产生和生长；二是三维骨架结构中孔隙的存在，为金属锂的沉积预留了储存空间，进而避免电极的体积膨胀。但是受工艺和材料限制，构建的三维骨架材料存在结构强度低，且不能连续生产的问题，并且三维骨架材料与金属锂的浸润性也存在很大问题
[0005]综上所述，确有必要提供一种金属锂带的生产方法，可以连续化生产具有三维亲锂骨架的金属锂带。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本申请的专利技术人提供了一种含有亲锂碳材料的金属锂带的连续生产方法，通过该方法制备的金属锂带具有优于纯金属锂带的抗拉伸强度，可应用于工业化生产场景中的收放卷系统。该金属锂带具有三维骨架结构，可为金属锂的沉积提供预留空间，避免循环过程中电极剧烈的物理形变。该金属锂带的三维骨架结构中包含亲锂碳材料，与锂具有很好的浸润性，金属锂沉积在亲锂碳材料表面时，所需的成核能较小，有利于金属锂的均匀成核，可抑制锂枝晶的产生和生长。另外，该金属锂带中金属锂与亲锂碳材料的比例可调，可适配不同面容量的电极，避免过多金属锂的使用和浪费。
[0007]为达到以上专利技术目的，本专利技术提供一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：将第一粘结剂、含有含碳晶体材料的填料、交联剂和第一溶剂混合后制得均匀的混合物，预干燥后，在惰性气氛保护下，将混合物在温度范围为300℃
‑
2000℃进行处理，冷却后得到亲锂碳材料；
[0009]步骤二：将亲锂碳材料破碎成粉体，并与第二粘结剂和第二溶剂混合均匀后制备含有亲锂碳材料的浆料，将制备好的浆料涂布在多孔基材上，干燥后制得含有亲锂碳材料的带材；
[0010]步骤三：在惰性气氛保护下，将金属锂与步骤二制得的含有亲锂碳材料的带材进行复合，得到含有亲锂碳材料的金属锂带。
[0011]在一些实施方式中，步骤一中的第一粘结剂、填料、交联剂和第一溶剂的质量比为(4
‑
15份)：(10
‑
30份)：(0.1
‑
15份)：(20
‑
400份)；所述含碳晶体材料在所述填料中的质量比例为15％至100％。
[0012]在一些实施方式中，在步骤一中，
[0013]所述第一粘结剂选自由聚乙烯及其改性聚合物(包括聚偏氟乙烯、聚丁烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等)、有机醇类聚合物(包括聚乙烯醇、聚乙二醇、单糖或多糖类聚合物等)、甘油、有机酸类聚合物(包括聚丙烯酸等)、聚酯类有机物(包括氰基丙烯酸酯、聚氨酯、甲基丙烯酸酯等)、有机硅氧烷组成的组；
[0014]所述填料包含含碳晶体材料和任选的选自由塑料微粒子(聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯)、金属纳米颗粒、金属氧化物、金属氮化物、碳酸钙、含水硅酸镁、云母、水合二氧化硅、二氧化硅组成的组的其他填料；
[0015]所述含碳晶体材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳基金属氧化物纤维、碳基共价有机纤维中的至少一种；
[0016]所述交联剂选自丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺、水合硼酸钠、纤维素衍生物、异噻唑啉酮中的一种或多种；
[0017]所述第一溶剂选自由水、四氯乙烯、甲苯、松节油、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、戊烷、正己烷、环己烷、辛烷、柠檬精、酒精、二甲苯、甲苯环己酮、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、甲基丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、乙二胺组成的组。
[0018]在一些实施方式中，所述的步骤一的预干燥包括低温干燥(温度范围为
‑
196℃至
‑
10℃)和高温干燥(温度范围为25℃至125℃)。
[0019]在一些实施方式中，所述步骤二中亲锂碳材料的粉体平均粒度为0.1微米至25微米。
[0020]在一些实施方式中，所述步骤二中的多孔基材包括多孔碳纤维基材。
[0021]在一些实施方式中，所述步骤二中粘结剂与溶剂的质量比例范围为0.35:1至0.65:1。
[0022]在一些实施方式中，所述步骤二中亲锂碳材料以在所述浆料中的固含量计的质量含量为45％至98％。
[0023]在一些实施方式中，所述第二粘结剂和所述第二溶剂选自上述第一粘结剂和第一溶剂的组。
[0024]在一些实施方式中，所述步骤二中的多孔基材是成卷的。
[0025]在一些实施方式中，所述步骤二中将浆料涂布在多孔基材的双面上。
[0026]在一些实施方式中，所述的步骤三中金属锂与含有亲锂碳材料的带材的复合方式包括涂布、气相沉积、电镀中的至少一种。
[0027]在一些实施方式中，所述步骤三中金属锂与含有亲锂碳材料的带材的质量比为。
[0028]在一些实施方式中，所述步骤三还包括在复合后进行后处理，所述后处理包括辊压、电晕、表面处理中的至少一种。
[0029]在一些实施方式中，所述步骤三中金属锂与含有亲锂碳材料的带材的质量比为0.3:1至5:1。
[0030]在一些实施方式中，制得的含有亲锂碳材料的金属锂带是自支撑锂带，其厚度范
围为3
‑
100um，宽度范围为1厘米至1米。
[0031]本专利技术提供的自支撑锂带的生产方法至少有以下优势：
[0032]1、本专利技术的金属锂带具有基材，具有优于纯金属锂带的拉伸强度，可实现连续化的生产和应用。所述基材在耐高温且高温处理后依然具有一定的机械强度。
[0033]2、本方法制备的金属锂带具有三维骨架结构，在电池循环过程中，可有效抑制电极的体积膨胀；
[0034]3、本专利技术的金属锂带中含有亲锂碳材料，在电极循环过程中，金属锂在亲锂碳材料表面沉积时具有很小的成核能，有利于金属锂的均匀沉积，可有效抑制锂枝晶的形成和生长。
[0035]4、该金属锂带中金属锂与亲锂碳材料的比例可调，可适配不同面容量的正极，避免过多金属锂的使用和浪费。
附图说明
[0036]图1为使用实施例1中金属锂带制备的电极循环曲线；
[0037]图2为使用对比例1中金属锂带制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有亲锂碳材料的金属锂带的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将第一粘结剂、含有含碳晶体材料的填料、交联剂和第一溶剂混合后制得均匀的混合物，预干燥后，在惰性气氛保护下，将混合物在温度范围为300℃
‑
2000℃进行处理，冷却后得到亲锂碳材料；步骤二：将亲锂碳材料破碎成粉体，并与第二粘结剂和第二溶剂混合均匀后制备含有亲锂碳材料的浆料，将制备好的浆料涂布在多孔基材上，干燥后制得含有亲锂碳材料的带材；步骤三：在惰性气氛保护下，将金属锂与步骤二制得的含有亲锂碳材料的带材进行复合，得到含有亲锂碳材料的金属锂带。2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤一中的第一粘结剂、填料、交联剂和第一溶剂的质量比为(4
‑
15份)：(10
‑
30份)：(0.1
‑
15份)：(20
‑
400份)，其中所述含碳晶体材料在所述填料中的质量比例为15％至100％；所述第一粘结剂选自由聚乙烯及其改性聚合物(包括聚偏氟乙烯、聚丁烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯)、有机醇类聚合物(包括聚乙烯醇、聚乙二醇、单糖或多糖类聚合物)、甘油、有机酸类聚合物(包括聚丙烯酸)、聚酯类有机物(包括氰基丙烯酸酯、聚氨酯、甲基丙烯酸酯)、有机硅氧烷组成的组；所述填料包含含碳晶体材料和任选的选自由塑料微粒子(聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯)、金属纳米颗粒、金属氧化物、金属氮化物、碳酸钙、含水硅酸镁、云母、水合二氧化硅、二氧化硅组成的组的其他填料；所述含碳晶体材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳基金属氧化物纤维、碳基共价有机纤维中的至少一种；所述交联剂选自丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺、水合硼酸钠、纤维素衍生物、异噻唑啉酮中的一种或多种；所述第一溶剂选自由水、四氯乙烯、甲苯、松节油、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、戊烷、正己烷、环己烷、辛烷、柠檬精、酒精、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德钰，郇庆娜，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：发明
国别省市：