[发明专利]一种二次电池用三明治结构金属复合负极片

说明书

本发明涉及一种二次电池用三明治结构金属复合负极片，包括M金属片和粘附在M金属片上、下表面的金属纳米线层，所述M金属片为锂金属片、钠金属片或镁金属片，所述金属纳米线层由一组粘附在M金属片表面的金属纳米线组成，所述金属纳米线为铜纳米线、镍纳米线或铜镍纳米线。本发明的优点是通过金属纳米线粘附在M金属片上下表面形成的网络结构分散了表面电流，同时使得M金属离子的分布更加均匀。

技术领域

本发明涉及一种二次电池用三明治结构金属复合负极片，特别是一种三明治结构锂金属复合负极片，属于二次电池技术领域。

背景技术

据了解，相比于现有商业应用二次电池，例如锂离子电池中的石墨负极，锂金属负极理论上可以提供更多的容量(3860mAh·g^-1)和最负的电势(-3.040V vs.标准氢电极)，锂金属负极有望在下一代便携式电子设备以及电动汽车等领域实现较大的应用。然而，自1970年代第一代商业锂金属全电池问世不久就出现了爆炸事故，这是因为当锂作为电池负极时，在循环过程中金属锂在平整锂片表面沉积时，由于尖端沉积效应后续沉积的锂会沿着先沉积的锂生长，进而形成锂枝晶。由于枝晶锂的产生，部分枝晶锂脱离锂基底而成为“死锂”，无法再被利用，枝晶锂持续生长堆积会刺破隔膜造成电池短路，死锂增多会导致更多的锂不能再参与电池利用造成库伦效率降低，容量不可逆的损失。这些都将会造成锂金属电池的寿命和安全性问题。因此，如何调控锂表面的结构，促使电流和锂离子在负极表面均匀分布是如今需要重点研究的热点问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种无需其它集流体，能够分散表面电流，且使金属离子分布均匀的二次电池用三明治结构金属复合负极片。

为了达到以上目的，本发明提供了一种二次电池用三明治结构金属复合负极片，包括M金属片和粘附在M金属片上、下表面的金属纳米线层，所述M金属片为锂金属片、钠金属片或镁金属片，所述金属纳米线层由一组粘附在M金属片表面的金属纳米线组成，所述金属纳米线为铜纳米线、镍纳米线或铜镍纳米线，M金属片上、下表面的金属纳米线层材质相同。

本发明的M金属片上下表面粘附有金属纳米线层，M金属片其中一面粘附的金属纳米线层直接作为集流体，无需其它集流体。本发明是通过由铜纳米线包裹超薄金属片的上下表面来实现的，通过这种方式将金属片上下表面包裹在两层铜纳米线薄膜之间，并在金属表层形成铜纳米线网络结构，可以调控电流和金属离子在负极的分布，避免了电流在某一点形成尖端效应导致枝晶锂的形成并生长，通过铜纳米线网络的分流作用使得金属离子均匀分布，从而实现抑制枝晶锂的效果。另外，金属纳米线在金属片上、下表面的排列方式为自由分散排列，因为根据纳米金属线的性质，它能够形成网络结构并交叉相连，使得纳米线薄膜（上下表面的纳米线均为一层薄膜）能够形成很好的导电网络。因此，本发明的金属纳米线层的图形为网络交叉形状。

优选地，所述M金属片为锂金属片，所述金属纳米线为铜纳米线。

本发明优选的方案为锂金属电池用三明治结构金属复合负极片，该三明治结构金属复合负极片包括锂金属片和粘附在锂金属片上、下表面的铜纳米线层。

优选地，所述锂金属片的厚度为10～500μm。所述铜纳米线的直径为50～100nm，长度为50～200μm。

本发明的金属锂片为超薄金属锂片，这种厚度的锂片减少了锂资源的浪费，并且与铜纳米线复合使得负极表面更稳定，使得电池的循环寿命，和库伦效率大幅度提升，同时推动了锂金属电池尤其是高能量密度的锂硫电池、锂空气电池的产业化进程。对于锂金属电池来说，锂金属片的上下表面粘附有金属纳米线形成的网络结构，这种结构抑制了电池循环过程中的枝晶锂生成，稳定锂金属负极，提高电池库伦效率，延长电池寿命，对提高锂金属电池的安全性能十分必要，并且对构筑高能量密度锂金属电池（例如锂硫电池、锂空气电池）系统有着重要的意义。