本发明专利技术公开了一种锂负极、其制备方法及包含该锂负极的电池，该锂负极的制备方法包含以下具体步骤：步骤1，嵌锂：将碳材料涂布在集流体Cu箔上，烘干，得到碳材料极片；以金属锂片为负极，该碳材料极片为对电极，组装电池，进行充放电循环完成嵌锂步骤；步骤2，过放电沉积金属锂层：将上述完成嵌锂步骤的电池，在10-100mA/g电流密度下，恒流放电2-20h进行过放电，在碳材料极片表面电化学沉积金属锂层，得到锂负极。本发明专利技术所提出的锂负极，是用碳电极为载体，与常规金属锂负极比较，安全性能和循环性能都有效改善，而且负极容量可以根据正极容量需求自行设计，可调节范围大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学电池领域，涉及一种锂二次电池，具体涉及一种锂负极、其制备方法及包含该锂负极的电池。
技术介绍
金属锂相对标准氢电极电势为-3. 045 V，比容量为3861 mAh/g接近常规碳负极比容量(石墨为372 mAh/g)的10倍，有很好的发展前景。但是锂负极在充放电过程中不断的溶解、沉积，易产生枝晶，造成循环性能下降，严重时枝晶会刺穿隔膜与正极接触导致内部短路，甚至发生起火或爆炸等安全事故。为了改善金属锂负极的循环性能和安全性能，主要措施有在电解液中加入添加剂改善锂负极表面SEI膜(固体电解质界面膜，solid electrolyte interface,简称SEI膜) 成分、预先在锂负极表面沉积一层钝化层作为SEI膜、使用新型锂电极。而新型锂电极主要有合金电极、锂粉电极等。K. Chimg等采用RF磁控溅射在锂负极表面沉积了一层LiPON膜作为SEI膜。也有将C6tl沉积在锂表面上改善锂负极表面抑制枝晶生长。但是这些方法成本高，操作麻烦。FMC公司的专利提到使用锂粉作为电极，将锂粉在一定压力下压成极片，由于锂粉颗粒小，比表面积大，可以抑制枝晶生长。但是在当放电电量大时，锂粉电极表面形貌变化很大，即循环性能会下降。因此，亟需开发一种成本低，操作简便的锂负极的制备方法，以改善锂负极的循环性能和安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂二次电池用锂负极的制备方法，通过使用碳电极为载体，将其完全嵌锂后，再在其表面电化学沉积锂层，使用这些锂源，从而避免使用过量金属锂带来的安全性问题。为实现以上目的，本专利技术提供了一种锂负极的制备方法，该方法包含以下具体步骤步骤1，嵌锂将碳材料涂布在集流体Cu箔上，烘干，得到碳材料极片；以金属锂片为负极，所述的碳材料极片为对电极，组装电池，进行充放电循环，使得锂离子均勻嵌入到碳材料中，完成嵌锂步骤；步骤2，过放电沉积金属锂层将上述完成嵌锂步骤的电池，在10-100 mA/g电流密度下，恒流放电2-20 h进行过放电，在碳材料极片表面电化学沉积金属锂层，得到锂负极。上述的锂负极的制备方法，其中，所述的碳材料包含中间相炭微球、硬碳、石墨、 石墨烯中的任意一种以上。本专利技术的锂负极的制备方法是以碳材料作为载体，嵌锂后，再进行过放电，在其表面电化学沉积金属锂层得到。电化学沉积锂的量可按照正极需求自行设计(负极设计容量3过量约100%)。此类锂负极可以与贫锂正极材料组成电池。碳材料电极呈多孔状态，以其为载体，在其表面电化学沉积的锂金属层的比表面积较大，在相同的电流下可以降低电极的电流密度(mA/cm2)，降低枝晶形成的概率；且本专利技术制备出的锂电极在充放电过程中，锂的沉积溶解可以在多孔碳电极中进行，降低枝晶形成的概率，从而提高电池的安全性能和循环性能。本专利技术还提供了上述方法制得的锂负极，该锂负极是以Cu箔作为集流体，碳材料作为载体涂布在集流体Cu箔上，在载体内部嵌入锂离子，在载体的表面沉积金属锂层形成的；该锂负极具有较高的比容量。本专利技术还提供了一种包含上述方法制得的锂负极的电池，该电池包含上述的锂负极及贫锂正极材料，该电池循环性能好，安全性好。上述的电池，其中，所述的贫锂正极材料选择钛酸锂、单质硫、单质硫/碳材料复合物、硫基化合物中的任意一种以上。本专利技术所提出的锂负极，是用碳电极为载体，与常规金属锂负极比较，安全性能和循环性能都有效改善，而且负极容量可以根据正极容量需求自行设计，可调节范围大。附图说明图1为本专利技术的锂负极制备过程示意图，步骤1为碳材料嵌锂过程，当嵌锂完成时进行步骤2，即过放电沉积金属锂层。图2为本专利技术的锂负极脱锂曲线，以制备出的锂电极为对电极，镍片为正极，充电至3 V，得到的容量即为锂电极的容量。图3为本专利技术实施例5中锂/钛酸锂体系首次充放电曲线。图4为本专利技术实施例5中锂/钛酸锂体系的循环性能图。具体实施例方式以下结合实施例和附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。如图1所示，本专利技术提供的锂负极的制备方法包含步骤1，嵌锂将碳材料2均勻涂布在集流体1上，烘干，得到碳材料极片；以金属锂片为负极，所述的碳材料极片为对电极，组装电池，进行充放电循环，使得锂离子3均勻嵌入到碳材料2中，完成嵌锂步骤；步骤2，过放电沉积金属锂层4 将上述完成嵌锂步骤的电池，在10-100 mA/g电流密度下，恒流放电2-20 h进行过放电，在碳材料极片表面电化学沉积金属锂层4，得到锂负极。实施例1以中间相碳微球(MCMB)为锂载体，与导电剂碳黑(SP)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比91:3:6混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂，用高速乳化机混合成浆后均勻涂布在集流体Cu箔上，然后在60°C的真空干燥箱中烘干24 h，备用。以金属锂片为负极，中间相炭微球为对电极，Celgrad 2325为隔膜，1.2 mol/L六氟磷酸锂(LiPF6) /碳酸乙烯酯 (EC) +甲乙基碳酸酯(EMC)(体积比为3:7)为电解液组装成电池。电池首先以40 mA/g的电流密度进行充放电循环，电压区间为0_3 V。循环10圈后，再放电至0 V，然后再以40 mA/g的电流密度恒流放电9 h，在中间相炭微球极片表面电化学沉积金属锂层，得到的锂负极容量为5. 36 mAh，容量很小，过量很少，即安全性好。实施例2以石墨(MCP-I)为锂载体，与导电剂碳黑(SP)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比 91:3:6混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂，用高速乳化机混合成浆后均勻涂布在集流体Cu箔上，然后在60°C的真空干燥箱中烘干24 h，备用。以金属锂片为负极，石墨为对电极，Celgrad 2325为隔膜，1.2 mol/L六氟磷酸锂(LiPF6) /碳酸乙烯酯(EC) +甲乙基碳酸酯(EMC)(体积比为3:7) +氟代碳酸乙烯酯(FEC，5wt%)为电解液组装成电池。电池首先以31 mA/g的电流密度进行充放电循环，电压区间为0_2 V。循环10圈后，再放电至0V，然后再以31 mA/g的电流密度恒流放电5 h，在石墨极片表面电化学沉积金属锂层，得到的锂负极容量为2. 25 mAh，容量很小，过量很少，即安全性好。实施例3以硬碳(HC)为锂载体，与导电剂碳黑(SP)、导电剂气相生长碳纤维(VGCF)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比92:2:1:5混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂，用高速乳化机混合成浆后均勻涂布在集流体Cu箔上，然后在60°C的真空干燥箱中烘干24 h，备用。 以金属锂片为负极，硬碳为对电极，Celgrad 2325为隔膜，1.2 mol/L六氟磷酸锂(LiPF6) / 碳酸乙烯酯(EC) +甲乙基碳酸酯(EMC)(体积比为37)为电解液组装成电池。电池首先以40 mA/g的电流密度进行充放电循环，电压区间为0_3 V。循环10圈后，再放电至0 V，然后再以40 mA/g的电流密度恒流放电4 h，在硬碳极片表面电化学沉积金属锂层，得到的锂负极容量为1. 40 mAh，容量很小，过量很少，即安全性好。以制备出的锂电极为对电极，镍片为正极，充电至3 V，得到的容量即为锂电极的容量，该锂负极的脱锂曲线如图2所示。实施例4碳载体和电池的制备方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种锂负极的制备方法，其特征在于，该方法包含以下具体步骤： 步骤１，嵌锂：将碳材料（２）涂布在集流体（１）上，该集流体（１）选择Ｃｕ箔，烘干，得到碳材料极片；以金属锂片为负极，所述的碳材料极片为对电极，组装电池，进行充放电循环，使得锂离子（３）均匀嵌入到碳材料（２）中，完成嵌锂步骤； 步骤２，过放电沉积金属锂层（４）：将上述完成嵌锂步骤的电池，在１０－１００ ｍＡ／ｇ电流密度下，恒流放电２－２０ ｈ进行过放电，在碳材料极片表面电化学沉积金属锂层（４），得到锂负极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雯，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。