[发明专利]一种金属锂复合负极及其制备方法以及一种锂金属二次电池

说明书

本发明提供了一种金属锂复合负极的制备方法，包括以下步骤：A)将锂合金与助熔剂混合加热，得到液态锂，B)将结构构筑材料与助熔剂加入至所述液态锂中，通入氩气作为保护气体和气相加压手段，后续加热，得到熔融浆料；C)将所述熔融浆料冷却成型，得到金属锂复合负极。本发明中采用熔点较低的锂合金金属，一方面可以进一步降低金属锂熔点，提升熔融体系的复合均匀程度；一方面可以利用合金中其他金属原子对锂原子表面迁移能垒的影响来提升复合负极的性能，并且，特定的助熔剂不仅能进一步降低表面张力，同时还可以作为功能性助剂加入到熔融体系。另外，采用氩气气体加压，降低了锂熔融时的熔点和表面张力。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种金属锂复合负极及其制备方法以及一种锂金属二次电池。

背景技术

现有熔融复合方式由于金属锂外在钝化，需要高于自身熔点的温度才能让金属锂融化，同时由于较高的温度使得液态金属锂表面张力急剧增加，这些不仅导致的能量的消耗增多，同时较高的表面张力并不利于与其他物质的复合。

在金属锂复合负极制备中，为了降低金属锂复合负极制备熔点，较多使用金属锂箔材作为融化材料，然而事实上高温下的熔融复合，由于表面张力作用巨大导致液体锂与复合材料界面问题严重，不利于复合过程进行，从而影响金属锂复合负极的性能。同时，锂原子在其表面迁移能垒较高导致的锂沉积行为不问题，可以由其他金属掺杂改性表面性质而使其优化。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种金属锂复合负极及其制备方法以及一种锂金属二次电池，本发明提供的方法可以降低金属锂熔点，并且可以利用合金中其他金属原子对锂原子表面迁移能垒的影响来提升复合负极的性能。

本发明提供了一种金属锂复合负极的制备方法，包括以下步骤：

A)将锂合金与助熔剂混合加热，得到液态锂，所述助熔剂选自LiNO₃、LiTFSI、LiFSI、LiPF₆、Li₂O、LiF和Li₂CO₃中的一种或多种；

B)将结构构筑材料与助熔剂加入至所述液态锂中，通入氩气作为保护气体和气相加压手段，后续加热，得到熔融浆料，所述助熔剂选自氟化钙、氧化钙、氧化镁、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种；

C)将所述熔融浆料冷却成型，得到金属锂复合负极。

优选的，步骤A)中，所述锂合金选自锂镁合金或锂锌合金，所述锂合金中锂占比为10wt％～95wt％。

优选的，步骤A)中，所述助熔剂占所述锂合金的质量百分比为0.2wt％～4wt％。

优选的，步骤A)中，所述混合加热的温度为280～400℃。

优选的，步骤B)中，所述结构构筑材料选自石墨烯、MXene、碳纳米管、碳纤维、多孔石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。

优选的，步骤B)中，所述助熔剂占所述金属锂复合负极的质量百分比为0.05wt％～5wt％。

优选的，步骤B)中，所述加热加压的压力为2MPa～20MPa；

所述加热采用程序加热，所述程序加热的方法为：

先升温至260～360℃，保持10min～30min；再降温至180～240℃，保持30min～300min；最后升温至300～400℃，保持20～30min。

优选的，所述方法在熔融设备中进行，所述熔融设备包括：

腔体；

开设于腔体侧壁的出料口；

开设于腔体顶部的气体入口；