[发明专利]一种碱金属复合电极材料、其制备和应用

说明书

本发明属于金属/合金复合电极材料的制备及其应用，属于新能源技术领域，更具体地，涉及一种碱金属复合电极材料、其制备和应用。将第一材料和第二材料同时进行多次机械辊压使所述第一材料和第二材料构成复合材料，使得所述第一材料和所述第二材料分散在所述复合材料中，或所述第一材料和所述第二材料发生反应形成的化合物与所述第一材料分散在所述复合材料中；其中，所述第一材料为碱金属；所述复合材料即为所述碱金属复合电极材料，所述第二材料或者所述第一材料和所述第二材料发生反应形成的化合物作为骨架支撑，能够减小所述复合电极材料工作时其中的碱金属产生的体积变化，提高该电极材料的稳定性。

技术领域

本发明属于金属/合金复合电极材料的制备及其应用，属于新能源技术领域，更具体地，涉及一种碱金属复合电极材料、其制备和应用。

背景技术

在过去几十年中，基于锂离子嵌入/脱出的正负极材料已被广泛应用。然而，基于嵌入反应的锂离子电池只能提供有限的能量密度。近些年来，在传统化石能源日益枯竭与环境保护的双重作用下，电池的发展应用上升到了一个全新的阶段。特别是电动汽车的飞速发展使得动力电池成为国家、大型企业以及各科研机构的关注的焦点。

目前，商业化锂离子电池广泛使用的石墨负极的电化学性能已接近其理论上线。石墨理论比容量仅有372m Ah/g，并且锂离子电子传输速率较慢，其电化学性能不能满足当前电动汽车对储能电池的日益增长的要求。发展高比能量电池负极材料成为了目前研究的热点。金属锂是现有已知比容量最高的锂电池负极材料，其理论比容量高达3860m Ah/g，并具有最低的电极电位。然而，锂金属负极的实际应用依然存在循环性差、倍率性能差和安全性差等问题；其根本原因是金属锂循环过程中无限大的相对体积变化、高化学反应活性和低锂离子扩散系数(5.69×10-11s cm^-2)。高化学反应性使锂金属与液体电解质反应，形成不稳定的固体电解质中间相(SEI)层；大的体积变化使形成的SEI在电化学循环过程中不断发生破裂和重新形成；而低的锂离子扩散系数阻碍了锂离子的快速传导，在大电流密度下引起大的过电位以及在锂金属电极表面上的不均匀沉积，乃至形成锂枝晶。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种碱金属复合电极材料、其制备和应用，其通过将碱金属和第二材料同时进行机械辊压，实现碱金属和第二材料的一体化复合，该复合结构能够用以减小碱金属复合电极材料工作时产生的体积变化，提高该电极材料的稳定性，由此解决现有技术的碱金属电池在充放电过程中大的体积变化使得SEI不稳定、易形成枝晶以及循环过程中效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种碱金属复合电极材料的制备方法，将第一材料和第二材料同时进行多次机械辊压使所述第一材料和第二材料构成复合材料，使得所述第一材料和所述第二材料分散在所述复合材料中，或所述第一材料和所述第二材料发生反应形成的化合物与所述第一材料分散在所述复合材料中；其中，

所述第一材料为碱金属；所述复合材料即为所述碱金属复合电极材料，所述第二材料或者所述第一材料和所述第二材料发生反应形成的化合物作为骨架支撑，能够减小所述复合电极材料工作时其中的碱金属产生的体积变化，提高该电极材料的稳定性。

优选地，所述第二材料为金属单质、非金属单质和化合物中的一种或多种。

优选地，所述第二材料为能够与所述碱金属发生化学反应的金属单质、非金属单质和化合物中的一种或多种。

优选地，所述第一材料和所述第二材料至少有一种为箔材或薄膜状材料。

优选地，将第一材料和第二材料的叠层结构进行多次机械辊压，待厚度减薄后折叠，或将多个厚度减薄后的叠层结构进行堆叠，然后再进行机械辊压。

优选地，所述折叠为对折，且对折次数不少于3次。

优选地，所述将多个厚度减薄后的叠层结构进行堆叠时，所述堆叠次数不少于3次。