[发明专利]一种柔性复合金属锂薄膜的制备方法及锂离子电池

说明书

本发明涉及一种柔性复合金属锂薄膜的制备方法及锂离子电池，柔性复合金属锂薄膜以重量百分比计，包括以下组分：聚合物3%~30%，导电剂1%~30%，金属锂和/或锂合金40%~96%。本发明提供的柔性复合金属锂薄膜相比于单纯的金属锂箔，柔性复合金属锂薄膜制备工艺简单，在机械性能上有了大幅提高，具有很好的加工性能。本发明还提供了一种包含该柔性复合金属锂薄膜的锂离子电池，该电池通过引入了柔性复合金属锂薄膜，首次库伦效率和循环都得到了明显的改善，具有成本低，安全，生产效率高等特点，且在引入该薄膜的工艺过程中，不需要额外的引入设备，节约生产制备成本，整个过程安全性能较高，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种柔性复合金属锂薄膜的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种二次电池依靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池的充放电工作，凭借其放电电压高、能量密度高和循环寿命长等优势，近年来逐渐取代了铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池，在电子设备用小型二次电池中担负着主要角色，同时作为动力电池广泛应用于电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备。随着便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等对续航里程的要求不断提升，对锂离子电池的性能要求越来越高。

随着市场对高能量密度电池的迫切需求，具有高比容量的合金型或转换型负极越来越受到人们的重视，以取代目前低比容量的石墨基负极。然而，与石墨基负极相比，合金型和转换型负极具有较大的初始不可逆容量，后者消耗了相应正极中的大部分Li⁺，严重降低了电池的能量密度。因此，对于这些大容量负极的实际应用而言，迫切需要开发一种商业化的预锂化技术来补偿其较大的初始不可逆容量。目前，人们已经开发了多种预锂化方法，但由于各自的缺点，尚未实现大规模的商业化应用。

现有的预锂化技术，通常采用锂箔与极片复合的方式，将锂带压成锂箔再与极片复合。由于锂箔非常薄，机械强度较低且易沾辊，无法单独对锂箔进行卷对卷加工，需要采用基带保护锂带，将锂带压延至基带上，再从基带转移至电池极片上，该过程工艺较为复杂，而且难以控制精度，且在工艺过程中采用的基带无法回收，成本较高；采用锂粉与极片复合的方式补锂也是一种较为普遍的工艺方法，但是由于金属锂较为活泼，锂粉的比表面积大，在附着到极片表面的过程中，危险性极大，规模化生产较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性复合金属锂薄膜的制备方法及锂离子电池，通过在锂离子电池中引入柔性复合金属锂薄膜，以提高锂离子电池的性能，并解决现有锂离子电池通过引入锂箔、锂粉来提升电池性能时所带来的风险。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种柔性复合金属锂薄膜，以重量百分比计，包括以下组分：碳链聚合物和/或杂链聚合物 3%~30%，导电剂 1%~30%，金属锂和/或锂合金40%~96%。

优选地，所述柔性复合金属锂薄膜的厚度在2~10μm；抗拉强度＞90mPa；断裂伸长率＞5%。

优选地，所述碳链聚合物和/或杂链聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二酯、丙酸纤维素、聚四氟乙烯和聚氯乙烯其中的一种或多种以任意组合比例相混匀的混合物。

优选地，所述导电剂为导电碳材料，为超导炭黑、碳纤维、碳纳米管、硬碳、软碳中的一种或多种以任意组合比例相混匀的混合物。

优选地，所述金属锂和/或锂合金为块状、条状、颗粒状、粉末状中的一种。

优选地，所述碳链聚合物和/或杂链聚合物为聚氯乙烯，所述导电剂为碳纤维，所述金属锂为锂粉。

优选地，所述柔性复合金属锂薄膜包括以下组分：聚氯乙烯 5%，碳纤维5%，锂粉90%。

一种上述的柔性复合金属锂薄膜的制备方法，包括以下步骤：