[实用新型]锂复合电极和锂离子电池

说明书

本实用新型提供了一种锂复合电极和锂离子电池，该锂复合电极具有含锂层/嵌入部/多孔碳层/嵌入部/含锂层的叠层复合结构，其中，所述嵌入部由嵌入多孔碳层的含锂层和被嵌入的多孔碳层共同组成。

技术领域

本实用新型涉及电化学储能技术领域，特别涉及用于锂离子电池的锂负极。

背景技术

随着社会对于锂离子电池能量密度要求越来越高。首先要采用更高比容量的负极材料，金属锂由于3860mAh/g的容量和-3.04V的低电位，认为是最优的负极材料。其次，要减少非活性物质的质量，例如，降低集流体的重量，不断的减薄铜集流的厚度。最后电池需要一定的倍率性能，需要通过提高负极活性层和集流体之间的接触，保证电池在大电流密度条件下的充放电性能。

目前的锂离子电池的铜箔集流体，已经将厚度从12微米降低至6微米，并且进一步下调，降低至5微米，达到铜箔加工的极限，为了实现界面粘结性以及导电性能，在铜箔表面进行涂炭处理。

另外已提出了通过热熔涂敷或是真空沉积制备金属锂-骨架材料柔性电极的方法。(CN201610252135.6)，其中主要是采用热熔涂敷，或是真空沉积，将金属锂填充在三维集流体中。但是，由于金属锂非常活泼，热熔涂敷需要在高纯氩气中进行，不能有效的控制金属锂填充量以及整体电极的厚度。而采用真空沉积的办法，由于集流体是具有三维骨架，比表面积巨大，需要长时间抽真空，才能达到所需要的真空度，生产效率低，另外，金属锂分子很难进入内部的孔隙中，只是沉积在电极表面。

因此，现有技术仍不能满足对锂电池的金属锂负极的要求。

实用新型内容

本实用新型提出了一种特殊的锂电极设计，将含锂层层压在多孔碳层的两个表面上，使含锂层部分嵌入多孔碳层中，这样，可以简单高效、低成本的方式获得适用于锂离子电池的锂负极。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的一个方面提供一种锂复合电极，所述锂复合电极具有含锂层/嵌入部/多孔碳层/嵌入部/含锂层的叠层复合结构，其中，所述嵌入部由嵌入多孔碳层的含锂层和被嵌入的多孔碳层共同组成。

根据一个实施方式，含锂层向多孔碳层中的嵌入程度为10-50％。

根据一个实施方式，含锂层是金属锂层或锂合金层，锂合金可以包括锂铝、锂镁、锂硼、锂锌或锂铟合金。

根据一个实施方式，锂复合电极的总厚度在20-200微米范围内。

根据一个实施方式，多孔碳层的厚度在10-100微米范围内。

根据一个实施方式，多孔碳层由所述碳纳米管或碳纤维编织而成，碳纳米管或碳纤维具有3-15纳米的直径和3-100微米的长度。

根据一个实施方式，多孔碳层具有50-2000nm的孔隙孔径。

上述锂复合电极可以按照以下方法制备，所述方法包括：通过压力复合，将两个含锂层依次或同时复合于多孔碳层的两个表面上，使得压力复合后的各个含锂层部分嵌入所述多孔碳层中。所述压力复合可以采用压力辊、以卷对卷方式进行。通过更改压力和辊缝间隙，实现金属锂或锂合金部分嵌入多孔碳膜中。

本实用新型的另一个方面提供一种锂离子电池，其包括上述的锂复合电极作为负极。

本实用新型具有以下优点中的至少一种：

(1)本实用新型克服了金属锂抗拉强度低(抗拉强度11MPa)，远远低于目前锂离子电池正极所用集流体的抗拉强度，不利于电池正负卷绕过程中正负极收卷的问题。本实用新型采用锂/多孔碳膜/锂结构，由于碳膜的抗拉强度可高达100MPa以上，而锂或锂合金也部分嵌入碳膜中(利用多孔碳膜的多孔性)，从而极大地改善了其抗拉强度，方便进行高速收放卷。