[发明专利]锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极的制备方法及其应用，所述方法如下：一、将MO_x、导电碳和PVDF混合后均匀地涂敷在集流体上，真空烘干后，得到MO_x极片；二、以金属锂片作为负极，MO_x极片作为对电极，组装电池，进行恒流放电，控制截止电压，获得Li_yMO_x电极框架；三、将Li_yMO_x电极框架与熔融锂混合，得到复合结构负极，并采用固态电解质组装全固态电池。本发明将嵌入型过渡金属氧化物MO_x作为载体，在其嵌锂后形成具有快速离子传输特性的Li_yMO_x电极框架，再在框架内部均匀地沉积金属锂，从而抑制锂枝晶的生长，避免安全事故的发生。

技术领域

本发明属于能源存储技术领域，涉及一种用于锂二次全固态电池的快速离子传输型锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极的制备方法及其应用。

背景技术

金属锂由于其具有最低的电极电势（相对于标准氢电极为-3.04 V）、较高的质量比容量（3860 mAh/g）和最高的面积比容量（2060 mAh/cm²），具有极大的发展前景。然而，由于锂离子沉积不均，在固态电池中也会产生锂枝晶，锂枝晶的不断生长，会刺穿固态电解质，造成电池短路，严重时会引起火灾甚至爆炸等安全问题。

抑制锂枝晶生长的主要措施有人工固态电解质界面膜（Solid electrolyteinterface，简称SEI膜）、3D集流体等。但是人工SEI膜往往只对电极表面的锂沉积起作用，当体相的锂参加电池反应时，作用并不明显。而3D集流体往往是单一导电骨架，对于锂枝晶的抑制作用也不足。

因此，亟待开发一种成本低廉、抑制锂枝晶效果较好的锂金属负极，以改善锂金属固态电池的电池性能及安全性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、循环性能好、抑制枝晶生长、锂二次全固态电池用快速离子传输型锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极及全固态电池。本发明设计的快速离子传输型锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极与传统的锂负极相比，使用了原位锂化获得的具有较快离子传输特性的框架，拥有较好的抑制锂枝晶的能力，锂的溶解沉积发生在电极框架内部，提高了电池的安全性能和循环性能，且该快速离子传输型锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极中锂的载量可调，适用范围较广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锂/锂化金属氧化物框架复合结构负极的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、将嵌入型过渡金属氧化物粉末MO_x、导电碳和PVDF混合后均匀地涂敷在集流体上，60~100℃真空烘干后，得到MO_x极片，其中：嵌入型过渡金属氧化物粉末MO_x为TiO、TiO₂、Ti₂O₃、NbO、NbO₂、Nb₂O₃、Nb₂O₅、MoO、MoO₂、MoO₃、VO、VO₂、V₂O₃、V₂O₅、MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄中的一种，MO_x、导电碳和PVDF的质量比为7~9:0.5~2:0.5~1，集流体为Cu箔；