锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池技术

技术编号：40657784 阅读：4 留言：0更新日期：2024-03-18 18:49

本发明专利技术公开了一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池，制备方法包括先通过高温将粘结剂碳化，有足够的储存锂的空间，不会引起巨大的膨胀，有机溶剂则会挥发；再加入亲锂性材料，可以引导金属锂沉积得均匀致密，不会导致锂枝晶快速形成，影响安全性能；并且在负极集流体上进行焊接不会因碳化而熔融，从而得到的锂金属负极具有明显的提高的循环性能，以及便于工业化批量生产与使用。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到锂电池，特别涉及到一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池。

技术介绍

1、在负极的各种候选材料中，金属锂(li)因其超高的理论容量(3860mah/g)、最低的电化学氧化还原电位(-3.04v vs.she)和低密度(0.534g/cm3)，被认为是在高能可充电电池中替代石墨负极的终极负极材料。目前锂金属电池面临的一些问题，其中最关键的问题是锂金属表面的局部存在不均匀的锂沉积，导致锂沉积具有针状、苔藓状或树枝状形态，随后形成枝晶。这种情况通过扩大的表面积增加了副反应和电解质消耗的可能性，从而导致库仑效率(ce)低。此外，在锂金属电池中，枝晶最终会刺穿隔膜到达阴极，从而导致短路，这最终可能导致具有爆炸风险的热失控。考虑到最近电动汽车的要求越来越高，需要进一步努力克服锂金属电池的上述所有问题，以确保它们满足实际应用的先决条件。

2、然而现有技术中有两种方式能够抑制枝晶的形成，一是在负极锂金属内加入含氟、氮等物质，形成一层lif，lin等无机层，以隔离锂金属与电解液，这种方式虽然提升了锂金属的稳定性，但在锂金属表面形成lif/lin等无机层后，随着循环的进行，锂金属膨胀使表面的无机层还是会破坏；二是采用碳布，把碳布放入到熔融的金属锂中形成三维锂负极，可以使锂均匀的沉积，但碳布的焊接很难，不容易量产。

技术实现思路

1、本专利技术的主要目的为提供一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池，旨在解决锂电池中锂金属的不均匀沉积易形成枝晶的技术问题。

<p>2、为了实现上述目的，本专利技术第一方面提出一种锂金属负极的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1％～20％：0.5％～5％放入77％～98.5％的有机溶剂中分散，得到第一溶液；

4、s2：将所述第一溶液涂布至负极集流体上，烘干碳化，得到三维极片；

5、s3：将所述三维极片放入熔融锂中浸润，形成碳：亲锂材料：金属锂的质量分数比为40.5％～85％：0.5％～5％：10％～59％的负极片。

6、进一步地，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、对二甲苯、四氢呋喃、乙醇、乙腈中的至少一种。

7、进一步地，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸中的至少一种。

8、进一步地，所述亲锂性材料为zno或cuo。

9、进一步地，所述碳化的温度为400～1200℃。

10、进一步地，所述将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1％～20％：0.5％～3％放入77％～98.5％的有机溶剂中分散，得到第一溶液的步骤包括：

11、将所述粘结剂、所述亲锂性材料和所述有机溶剂按质量分数比1％～20％：0.5％～3％：77％～98.5％放入行星式搅拌机，按第一公转速、第一自转速、第一时长进行预混；

12、按第二公转速、第二自转速度、第二时长进行分散，其中，所述第二公转速大于所述第一公转速；所述第二自转速度大于所述第一自转速，所述第二时长大于所述第一时长；

13、得到分散好的所述第一溶液。

14、本专利技术第二方面提出一种锂金属负极片，由上述任意一种锂金属负极的制备方法制得。

15、本专利技术第三方面提出一种电池，包括上述锂金属负极片，还包括正极片和电解质片。

16、进一步地，所述正极片的组成材料的质量分数比为镍钴锰氧化物：导电剂：粘结剂为80％～98％：1％～10％：1％～10％。

17、进一步地，所述电解质片由锂磷硫酸盐和粘结剂组成，所述锂磷硫酸盐和粘结剂的质量比为90％～99％：1％～10％。

18、有益效果：

19、本专利技术的一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池，方法包括先通过高温将粘结剂碳化，有足够的储存锂的空间，不会引起巨大的膨胀，有机溶剂则会挥发；再加入亲锂性材料，可以引导金属锂沉积得均匀致密，不会导致锂枝晶快速形成，影响安全性能；并且在负极集流体上进行焊接不会因碳化而熔融，从而得到的锂金属负极具有明显的提高的循环性能，以及便于工业化批量生产与使用。

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【技术保护点】

1.一种锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、对二甲苯、四氢呋喃、乙醇、乙腈中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述亲锂性材料为ZnO或CuO。

5.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为400～1200℃。

6.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1％～20％：0.5％～3％放入77％～98.5％的有机溶剂中分散，得到第一溶液的步骤包括：

7.一种锂金属负极片，其特征在于，由权利要求1-6中任意一项所述的锂金属负极的制备方法制得。

8.一种电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的锂金属负极片，还包括正极片和电解质片。

10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电解质片由锂磷硫酸盐和粘结剂组成，所述锂磷硫酸盐和粘结剂的质量比为90％～99％：1％～10％。

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【技术特征摘要】

1.一种锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、对二甲苯、四氢呋喃、乙醇、乙腈中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述亲锂性材料为zno或cuo。

5.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为400～1200℃。

6.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述将粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈相，董少海，
申请(专利权)人：孚能科技赣州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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