[发明专利]碳-锂复合粉末及其制备方法、锂金属二次电池电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳‑锂复合粉末及其制备方法。本发明以碳材料作为骨架实现对金属锂的支撑，提高了复合粉末的比表面积，能有效地减低电流密度，稳定电极表面电势，从而有效抑制作为负极材料使用过程中锂枝晶的生长。本发明提供一种锂金属二次电池电极的制备方法，本发明采用辊压成片工艺以制作电极，易于调控极片所负载金属锂的有效容量，从而能较好地匹配对应的正极活性物质，以提升金属锂有效利用率。

技术领域

本发明属于锂金属二次电池技术领域，尤其涉及一种碳-锂复合粉末及其制备方法、锂金属二次电池电极的制备方法。

背景技术

尽管碳负极材料显示出优异的安全性能和循环稳定性，然而其理论可逆容量仅为372mAh/g，电池能量密度理论上难以突破260Wh/kg，已不能满足电动汽车长航时的应用需求。金属Li负极具有金属族最低的密度(0.59g/cm³)和最低的电化学电势(3.04V)，且它的理论比容量高达3860mAh/g。以金属锂为负极的锂金属二次电池，包括锂硫电池、锂空电池和锂氧化物电池，都表现出了极高的理论能量密度(锂空电池:3500Wh/kg，锂硫电池:2600Wh/kg，锂氧化物电池:1000～1500Wh/kg)。金属锂二次电池的优异性能为实现高能量密度储能器件提供了一条新的途径。

尽管金属锂在电化学储能领域具有巨大的潜力，但其在二次电池的商业化运用上却始终没有实现。根本上来说，金属锂作为电池负极主要的问题在于：金属锂的高活泼性导致其与电解液发生一系列非法拉第反应，使电池的充放电库伦效率降低；同时这些反应产物会在金属锂电极表面不断积累，从而增加界面阻抗，阻碍锂离子在电极界面层的传递，并导致电极极化增加，甚至引发电池失效；进而使得二次电池负极材料中锂金属有效利用率低，制约了锂金属二次电池的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳-锂复合粉末及其制备方法、锂金属二次电池电极的制备方法，本发明提供的复合粉末用于制备负极材料时，锂金属有效利用率高，并且能够有效抑制枝晶。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳-锂复合粉末，组成上包括碳骨架和包覆在所述碳骨架表面的金属锂。

优选的，所述复合粉末的粒径为500nm～50μm；

所述复合粉末中碳骨架和金属锂的质量比为(10～90)：(10～90)；

所述碳骨架的组分包括介孔碳、活性炭和石墨烯中的一种或多种。

优选的，所述碳骨架还含有掺杂源，所述掺杂源的质量为碳骨架质量的0.05％～0.5％；所述掺杂源为氮、硫和磷中的一种或多种。

本发明提供了上述技术方案所述的碳-锂复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)将包括碳材料和金属锂的混合物加热至250～400℃后，进行恒温搅拌，再降温得到初级包覆粉末；所述恒温搅拌的时间为5～40min，恒温搅拌的转速为50～200r/min；

(2)将所述步骤(1)得到的初级包覆粉末进行球磨，得到碳-锂复合粉末。

优选的，所述步骤(2)中球磨的时间为0.5～2h，球磨的转速为50～400r/min。

优选的，所述步骤(1)中碳材料的粒径为200nm～30μm。

优选的，碳材料与金属锂混合前，还包括：对所述碳材料进行掺杂改性，得到掺杂碳材料；所述掺杂改性的元素为氮、硫和磷中的一种或多种。

本发明还提供了一种锂金属二次电池电极的制备方法，包括以下步骤：采用辊压的方式将PET膜和碳-锂复合粉末涂覆在集流体表面，得到锂金属二次电池电极；