本發(fā)明涉及鋰電池負(fù)極制備方法。屬于固態(tài)電池及液態(tài)電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相比于目前商業(yè)中應(yīng)用于鋰離子電池中的石墨負(fù)極，鋰金屬負(fù)極理論上可以提供更多的容量(3860mah/g，石墨負(fù)極：370mah/g)，鋰金屬負(fù)極有望在下一代便攜式電子設(shè)備以及電動汽車等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較大的應(yīng)用。以金屬鋰為負(fù)極的鋰硫電池和鋰空電池逐漸受到研究人的關(guān)注，成為近年來學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界研究的熱點。但是，鋰金屬負(fù)極的研究還存在許多問題，其中最重要的一個便是枝晶的生長。枝晶是由于鋰離子負(fù)極多次沉積/析出過程中，負(fù)極出現(xiàn)的樹枝狀的鋰沉積物。枝晶生長會帶來兩個方面的問題：(1)枝晶會刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路，正負(fù)極內(nèi)部的短路電流在電池內(nèi)部生熱，造成電池系統(tǒng)熱失控，進(jìn)而引發(fā)電池著火甚至爆炸等一系列安全問題；(2)枝晶會增加電解液與金屬鋰的副反應(yīng)，消耗鋰活性物質(zhì)，降低電池利用率。脫離集流體的鋰枝晶即為死鋰，死鋰的出現(xiàn)會減少可利用的活性物質(zhì)，降低電池的效率和循環(huán)壽命。

目前無法從根本上避免鋰枝晶的出現(xiàn)，基于金屬鋰負(fù)極的鋰電池仍處于實驗室階段，鮮有工業(yè)成果問世。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決目前傳統(tǒng)的石墨負(fù)極克比容量低，枝晶易生長，首次庫倫效率低，電池能量密度低的問題。現(xiàn)提供鋰電池負(fù)極制備方法。

鋰電池負(fù)極制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將質(zhì)量百分含量為75％～90％的碳類材料、質(zhì)量百分含量為5％～20％的導(dǎo)電劑和質(zhì)量百分含量為5％～10％的粘結(jié)劑進(jìn)行混合形成吸附或者多孔的中間物質(zhì)層，再將中間物質(zhì)層按照1um～70um的厚度涂覆在集流體上；

步驟二、在中間物質(zhì)層上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層；

步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳連接在集流體上，完成鋰電池負(fù)極的制備。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的鋰電池負(fù)極由底層的集流體、中間物質(zhì)層和附著于中間物質(zhì)層上的金屬鋰層或金屬鈉層構(gòu)成，其中，中間物質(zhì)層由以下質(zhì)量百分含量表示的組份組成：碳類材料75％～90％、導(dǎo)電劑5％～20％和粘結(jié)劑5％～10％，中間物質(zhì)層的厚度為1um～70um；金屬鋰層或金屬鈉層經(jīng)蒸渡金屬鋰于中間物質(zhì)層上得到，其中，金屬鋰層或金屬鈉層厚度為1um～30um的致密均勻的金屬鋰層或金屬鈉層。本發(fā)明的鋰電池負(fù)極，利用中間物質(zhì)層可以調(diào)控鋰離子在負(fù)極表面的分布，避免鋰離子電池在時間和空間上的聚集，實現(xiàn)鋰離子在負(fù)極表面的均勻分布，從而抑制鋰枝晶的出現(xiàn)，提高了鋰金屬電池的安全性能。該鋰電池負(fù)極與具有高比容量正極材料如硫磺、空氣等耦合，對于構(gòu)筑高能量密度、高穩(wěn)定性、高安全性的鋰電池系統(tǒng)具有重要意義。

本技術(shù)：
構(gòu)成的鋰電池負(fù)極可以應(yīng)用在固態(tài)電池領(lǐng)域及液態(tài)電池領(lǐng)域，蒸渡的鋰金屬或金屬鈉可以抑制電池充放電過程中鋰支晶的產(chǎn)生，提高了電池的安全性，而且這種新型鋰電池負(fù)極可以減少電池在化成過程中不可逆容量損失，提高了電池的首次庫倫效率，既而使正極材料克容量發(fā)揮提高3％-20％。

將本申請的鋰電池負(fù)極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，電池首次庫倫效率為97％，而采用傳統(tǒng)的石墨負(fù)極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，其首次庫倫效率為92％。

將本申請的鋰電池負(fù)極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，進(jìn)行循環(huán)200周容量衰減1.8％，而采用純金屬鋰片做負(fù)極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，循環(huán)200周容量衰減3.4％。

將本申請的鋰電池負(fù)極與傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比匹配相同鎳鈷鋁三元正極材料，本申請的鋰電池負(fù)極質(zhì)量比傳統(tǒng)石墨負(fù)極減輕10％～80％，厚度相比于傳統(tǒng)負(fù)極減薄10％～90％。

所以，本申請構(gòu)成的鋰電池負(fù)極的負(fù)極質(zhì)量比傳統(tǒng)石墨負(fù)極減輕10％～80％，厚度相比于傳統(tǒng)負(fù)極減薄10％～90％，大大提高了負(fù)極材料的克比容量，可以將電池的能量密度提高1～4倍，提高了電池的能量利用率。

附圖說明

圖1為鋰電池負(fù)極的外部結(jié)構(gòu)示意圖，其中，附圖標(biāo)記1表示中間物質(zhì)層，附圖標(biāo)記2表示金屬鋰層或金屬鈉層，附圖標(biāo)記3表示極耳；

圖2為鋰電池負(fù)極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中，附圖標(biāo)記4表示集流體(銅箔)。

具體實施方式

具體實施方式一：參照圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的鋰電池負(fù)極制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將質(zhì)量百分含量為75％～90％的碳類材料、質(zhì)量百分含量為5％～20％的導(dǎo)電劑和質(zhì)量百分含量為5％～10％的粘結(jié)劑進(jìn)行混合形成吸附或者多孔的中間物質(zhì)層1，再將中間物質(zhì)層1按照1um～70um的厚度涂覆在集流體4上；

步驟二、在中間物質(zhì)層1上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層2；

步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳3連接在集流體4上，完成鋰電池負(fù)極的制備。

本實施方式中，利用中間物質(zhì)層可以調(diào)控鋰離子在負(fù)極表面的分布，避免鋰離子電池在時間和空間上的聚集，實現(xiàn)鋰離子在負(fù)極表面的均勻分布，從而抑制鋰枝晶的出現(xiàn)。該蒸渡的金屬鋰層通過對鋰離子有較強吸附作用的中間物質(zhì)層來實現(xiàn)的。該鋰電池負(fù)極的結(jié)構(gòu)可以有效抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，提高了電池安全性，提高了電池的能量利用率，如配合高比容量正極材料使用，將有助于推進(jìn)新型高能量密度鋰電池的實用化進(jìn)程。

本實施方式中，質(zhì)量百分含量為75％～90％的碳類材料表示碳類材料的質(zhì)量占中間物質(zhì)層1的總質(zhì)量的比為75％～90％；質(zhì)量百分含量為5％～20％的導(dǎo)電劑表示導(dǎo)電劑的質(zhì)量占中間物質(zhì)層1的總質(zhì)量的比為5％～20％；質(zhì)量百分含量為5％～10％的粘結(jié)劑表示粘結(jié)劑的質(zhì)量占中間物質(zhì)層1的總質(zhì)量的比為5％～10％。

具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負(fù)極制備方法作進(jìn)一步說明，本實施方式中，在集流體4上涂覆的碳類材料混合形成的中間物質(zhì)層1，詳見步驟一和在中間物質(zhì)層1上蒸渡的金屬鋰或金屬鈉，詳見步驟二。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負(fù)極制備方法作進(jìn)一步說明，本實施方式中，步驟一中的碳類材料包括軟碳、硬碳、硅碳和石墨的所有種類中的一種或幾種。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負(fù)極制備方法作進(jìn)一步說明，本實施方式中，中間物質(zhì)層1、金屬鋰層和金屬鈉層均為鋰電池負(fù)極的活性物質(zhì)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
鋰電池負(fù)極制備方法，涉及固態(tài)電池及液態(tài)電池領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決目前傳統(tǒng)的石墨負(fù)極克比容量低，枝晶易生長，首次庫倫效率低，電池能量密度低的問題。步驟一、將質(zhì)量百分含量為75％～90％的碳類材料、質(zhì)量百分含量為5％～20％的導(dǎo)電劑和質(zhì)量百分含量為5％～10％粘結(jié)劑按照一定配比混合形成吸附或者多孔的中間物質(zhì)層，再將中間物質(zhì)層按照1um～70um的厚度涂覆在集流體上；步驟二、在中間物質(zhì)層上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層；步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳連接在集流體上，完成鋰電池負(fù)極的制備。它應(yīng)用在固態(tài)電池領(lǐng)域及液態(tài)電池領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：宋殿權(quán);張春濤;王永鶴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱光宇電源股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.15
技術(shù)公布日：2017.08.25