[发明专利]锂电池负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池负极及其制备方法。本发明的锂电池负极包含金属锂或锂合金复合材料，其由具有锂离子传导能力的多孔网状结构的聚合物支撑骨架和结合于所述支撑骨架上的金属锂或锂合金组成，具备锂离子和电子导通网络，可以抑制枝晶形成并确保在深度放电过程中电极结构的稳定性。

技术领域

本发明属于能源电池技术领域，特别涉及一种锂电池负极及其制法。

背景技术

金属锂作为锂电池负极可以大幅度提高电池的能量密度，但是一直没有商业化，主要原因在于：(1)缺乏厚度精确可控的金属锂带的制备，避免金属锂的浪费，提高负极利用率；(2)金属锂循环过程中，锂负极表面会形成枝晶，引发安全隐患，另一方面，电解质/金属锂界面不断演化，导致电池内阻增大，循环性能变差。

在制备超薄锂带方面，采用传统的辊压法制备厚度为100μm以下的金属锂难以连续化的生产，并且无法制备超宽的金属锂薄带。而采用熔融的金属锂涂敷在极材上的方法，由于金属锂具有非常的大的表面张力，和极材的浸润性不好，难以铺展均匀，同时整个过程中需要在纯氩气或是真空环境中进行，生产连续性差，生产效率低。

在高循环稳定性的金属锂负极方面，金属锂-骨架碳材料的粉体作为电极虽然可以有效的抑制枝晶形成，缓解电极的体积膨胀，但是这种粉体材料还需要制备成电极，增加了电池生产步骤。而将金属锂和常规骨架载体两相结合形成柔性电极，由于液体金属锂的表面张力较大，很难和载体材料结合，而气态的金属锂分子同样也和载体的粘结性差，会造成后续工艺中电极两相结构的脱离，另外，在深度放电过程中，电极仍会出现膨胀问题，不利于循环长期的循环。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池负极及其制备方法，所述锂电池负极包含带有支撑骨架的金属锂或锂合金复合材料。

本发明采用的技术方案包括：

在一些实施例中提供一种锂电池负极，其包含带有支撑骨架的金属锂或锂合金复合材料，上述带有支撑骨架的金属锂或锂合金复合材料由具有锂离子传导能力的多孔网状结构的聚合物支撑骨架和结合于所述支撑骨架上的金属锂或锂合金组成。

所述聚合物支撑骨架的材料可以包括：选自聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)中的至少一种聚合物材料，或者上述聚合物材料中的至少一种和锂离子传导性无机化合物的混合物。

所述锂离子传导性无机化合物可以包括锂镧锆氧化物纳米颗粒、锂硫磷类化合物纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、氧化锡纳米颗粒、高氯酸锂、碘化锂、硝酸锂和双三氟甲烷磺酰亚氨基锂中的至少一种；并且在所述聚合物材料和锂离子传导性无机化合物的混合物中，所述锂离子传导性无机化合物与所述聚合物材料的重量比可以为1:5至1:100，优选1:10至1:50。

所述聚合物支撑骨架可以通过静电纺丝或溶液涂敷工艺制备。

所述聚合物支撑骨架可以具有20-99％的孔隙率，孔隙大小为1μm-200μm，优选孔隙率大于90％，空隙大于50μm。

所述聚合物支撑骨架可以具有1μm-500μm的厚度，优选5μm-200μm的厚度。

所述金属锂或锂合金可以通过气相沉积法结合到所述聚合物支撑骨架上。金属锂或锂合金可以覆盖在聚合物支撑骨架表面以及骨架的孔隙中。

所述锂合金除包含元素Li外，还可以包含Ag、Al、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Fe、Ga、Ge、Hf、Hg、In、Ir、K、Mg、Mn、Mo、N、Na、Nb、Ni、Pt、Pu、Rb、Rh、Se、Si、Sn、Sr、Ta、Te、Ti、TI、V、Zn、Zr、Pb、Pd、Sb、Cu中的至少一种合金成分；优选地，所述锂合金中包含质量百分比为50％～99.99％的锂。