[发明专利]金属锂-骨架碳复合材料及其制备方法、负极和二次电池

说明书

本申请公开了一种金属锂‑骨架碳复合材料的制备方法，将熔融状态的金属锂与多孔的碳材料载体混合均匀，冷却获得金属锂‑骨架碳复合材料。本申请还公开了一种金属锂‑骨架碳复合材料、二次电池负极、二次电池及一种金属‑骨架碳复合材料。本发明制备出金属锂‑骨架碳复合材料可以抑制枝晶的形成，提高电池的全性，并且提供较高的比容量和良好的循环性能。

技术领域

本申请属于能源电池领域，特别是涉及一种金属锂-骨架碳复合材料及其制备方法、负极和二次电池。

背景技术

锂电池具有高能量密度，良好循环性能，环境友好等优点，在交通，通讯，电子设备等领域得到广泛应用。

目前采用的锂电池主要是锂离子电池，工作原理是锂离子在正负极材料中脱出和钳入，商用的锂离子电池采用石墨作为负极，石墨负极的容量不高一直为人诟病，在充电过程锂离子从正极脱出，嵌入负极，放电时锂离子从负极脱出，嵌入正极，在锂离子从正负极脱出和嵌入的过程中伴随着正负极表面SEI膜的形成，损耗正极材料中活性锂离子，降低电池的库伦效率，导致电池的容量衰减。虽然这层膜的生成对于电池的循环性是有一定的益处的，但是使用的锂离子电池中正极材料的容量一般要比石墨负极的容量大10%~15%，弥补正极锂离子的损耗。

采用金属锂作为负极材料，能够提供充分的锂离子，避免了正极材料的锂损耗，能够提高电池的能量密度，同时能够提高电池的工作电压，这种采用金属锂作为负极的电池一般称作锂电池。在使用金属锂作为电池负极时，在充电过程中，锂离子在金属锂负极上沉积，形成枝晶，导致隔膜刺穿短路、过热，造成电解液分解甚至燃烧，造成电池危险，所以没有得到继续使用。美国FMC公司（专利 US 8,021,496 B2，US 2013/0181160 A1，CN102255080 A）使用熔融乳化的方法制备出金属锂颗粒，之后再其表面进行修饰，得到稳定存在的金属锂颗粒，将此材料制备成电极片作为电池负极使用。韩国Woo Young Yoon 课题组，（参考文献 Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1019-1027，Journal of Power Sources2010，195， 6143-6147.）同样采用熔融乳化的方法制备出金属锂颗粒，在金属锂颗粒表面进行修饰，之后压片制备电极。中国天津中能锂业有限公司（专利 CN 102122709A）将制备好的金属锂颗粒压制电极中，得到含有锂的负极，弥补锂离子电池正极材料中锂的损耗。采用熔融乳化的方法制备金属锂颗粒，此种方法需要剧烈的搅拌（>10000rpm），乳化结束之后，需要多次的洗涤，步骤繁琐，制备过程对于设备要求比较苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锂-骨架碳复合材料及其制备方法、负极和二次电池，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种金属锂-骨架碳复合材料，包括多孔的碳材料载体以及形成于所述碳材料载体孔隙中的金属锂。

优选的，在上述的金属锂-骨架碳复合材料中，所述碳材料为碳纤维微球、碳纳米管微球或乙炔黑。

优选的，在上述的金属锂-骨架碳复合材料中，所述碳纳米管微球的平均孔径为10~50nm。

优选的，在上述的金属锂-骨架碳复合材料中，所述碳纳米管微球的平均直径为1μm~100μm，所述碳纳米管微球电导率为1*10^-3~10S.cm^-1，所述碳纳米管微球可承受的压力范围为0~20MPa，所述碳纳米管微球比表面积为100~1500m²/g，所述碳纳米管微球至少具有微小球状实体聚集结构、球形聚集结构、类球形聚集结构、多孔球形聚集结构和面包圈形聚集结构中的任意一种。

本申请实施例还公开了一种采用上述金属锂-骨架碳复合材料的二次电池负极。

相应地，本申请还公开了一种二次电池，其包括上述的负极。