[发明专利]复合锂金属负极片的制备方法及复合锂金属负极片

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合锂金属负极片的制备方法及复合锂金属负极片。

背景技术

消费电子领域、储能领域和新能源汽车领域对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求，具有高能量密度兼具良好安全性能的锂离子电池的需求及其迫切。

目前，金属锂被业内认为是高能量密度电池的最终解决方案，为满足高能量密度动力电池安全性的要求，高能量密度锂离子电池被业界广泛看好，金属锂的理论比容量为3860mAh/g，锂金属作为锂离子电池的负极具有天然的优势。

循环过程中，金属锂负极溶解、生长，造成本体体积改变，容易造成锂金属粉化或产生锂枝晶，进而影响库伦效率和循环性能。另外，由于金属锂具有很高的活性，在传统液态电解液中很难形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，从而造成金属锂负极的循环效率降低。而在固态电池中，活性物质与固态电解质的界面接触较差，且在工作过程中，容易遭到破坏，所以低界面锂离子传输阻抗的复合锂金属负极是全固态电池的一个关键的研究方向。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其具有独立支撑的网络结构，在液态电池的应用中，防止负极锂金属粉化，维持工作过程中的结构稳定性，防止形变，同时可以有效改善锂金属负极使用效率，避免锂枝晶的产生，同时，在全固态电池的应用中，可以降低界面锂离子传输阻抗。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种复合锂金属负极片的制备方法及复合锂金属负极片，制备的复合锂金属负极片应用于液态锂离子电池中，可以改善锂金属负极使用效率，提供结构支撑，防止负极锂金属粉化，避免锂枝晶的产生；另外，应用于固态电池中，除上述优点外，还可降低界面锂离子传输阻抗。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种复合锂金属负极片的制备方法，其特征是：由压制后的编织锂网构成复合的锂片主体结构，在编织锂网表面设置保护层构成复合锂金属网的支撑结构；具体步骤如下：

1)选取直径为10微米-2000微米锂丝，将锂丝编织成多孔锂网；

2)采用常规的磁控溅射、蒸镀或气相包覆方法，在锂网的外表面包覆保护层构成复合锂金属网的支撑结构；

3)将上述制备复合锂金属网通过原位压制方法制成复合锂金属负极片。

所述步骤1)中编织锂网的单元锂丝为单根锂丝或两根及两根以上锂丝的组合。

所述步骤1)中多孔锂网的孔径为10-2000微米，厚度为10-5000微米。

所述多孔锂网的编织结构为经纬网络结构、菱形网络结构或赫格利斯结构的二维结构，或三维四向结构、三维五向结构的三维结构。

所述保护层材料采用Li3N型、LiPON或LiNbO3的一种或两种以上的组合，保护层材料的剪切模量大于锂金属的剪切模量；保护层厚度为10纳米-100微米。

一种复合锂金属负极片，包括采用锂金属丝编制成的锂金属网，编制的锂金属丝之间设有间隙，锂金属网通过原位压制构成复合锂金属负极片的主体结构。

所述复合锂金属负极片主体结构的孔为非穿透性孔，厚度为10-4000微米。

所述锂金属网的外表面设有保护层，构成复合锂金属负极片主体结构的支撑结构。

所述保护层材料采用Li3N型、LiPON或LiNbO3的一种或两种以上的组合，保护层材料的剪切模量大于锂金属的剪切模量；保护层厚度为10纳米-100微米。

有益效果：与现有技术相比，本发明采用原位的压制方法及在锂网表面包覆保护层形成复合锂金属网，再通过原位压制方法制成复合锂金属负极片，应用于基于锂金属为负极的电池体系，锂负极的保护层可导通锂离子，在充放电过程中，锂金属保护层作为支撑结构，降低了锂金属的界面阻抗，同时防止锂金属粉化和避免锂枝晶的产生，进而改善基于锂金属负极的电池结构形变。原位的压制方法简化了复合锂金属负极的制作流程，规避了过程失效风险，有助于复合锂金属负极的大规模生产和应用。

附图说明

图1是复合锂金属负极片的结构示意图；

图2是锂丝编织形状呈菱形结构的锂网结构示意图。

图中：1、锂金属网，2、锂金属丝，3、间隙，4、复合锂金属负极，5、非穿透孔，6保护层。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图，本实施例提供了一种复合锂金属负极片的制备方法，由压制后的编织锂网构成复合的锂片主体结构，在编织锂网表面设置保护层构成复合锂金属网的支撑结构；具体步骤如下：