[发明专利]柔性提锂装置及提锂方法

权利要求书

1.一种柔性提锂装置，其特征在于，所述柔性提锂装置包括由两柔性封装膜封装在一起形成的密封腔体，所述柔性封装膜为防水且耐电解液的聚合物膜材；所述密封腔体中填充有缓冲层，所述缓冲层为含有锂盐的液态有机电解质、聚合物凝胶电解质或固体电解质；其中一柔性封装膜上开设有窗口，所述窗口被一固定于该柔性封装膜上的无机/聚合物复合锂离子筛膜完全覆盖；另一柔性封装膜位于密封腔内的侧面上固定有一锂沉积电极，所述锂沉积电极上连接一极耳，所述极耳从所述密封腔体中伸出；所述另一柔性封装膜上相对于所述锂沉积电极的另一侧固定有阳极催化层，所述阳极催化层包括集流体以及涂覆于所述集流体上的阳极催化剂和粘结剂；

所述无机/聚合物复合锂离子筛膜包括聚合物膜以及嵌入所述聚合物膜中的无机电解质颗粒，且至少部分无机电解质颗粒穿透所述聚合物膜；

所述无机/聚合物复合锂离子筛膜通过如下的方法制备得到：

S1.将热塑性聚合物颗粒放置于两张耐高温膜之间，加热使所述热塑性聚合物颗粒软化，并将其辊压成聚合物膜；所述聚合物膜的厚度为20-100μm；

S2.去除所述聚合物膜一侧的耐高温膜，加热使所述聚合物膜软化，再于其表面均匀地铺上无机电解质颗粒；所述无机电解质颗粒的粒径不小于聚合物膜的厚度；

S3.施加压力使得所述无机电解质颗粒粘附于所述聚合物膜上，然后去掉未粘附的无机电解质颗粒；

S4.将粘附有无机电解质颗粒的聚合物膜置于两张耐高温膜之间，通过热压使得无机电解质颗粒嵌入到聚合物膜中，自然冷却并分离耐高温膜后，得到所述无机/聚合物复合锂离子筛膜。

2. 根据权利要求1所述的一种柔性提锂装置，其特征在于，步骤S1中，所述热塑性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯和聚甲醛中的一种或多种；所述耐高温膜为全氟乙烯丙烯薄膜，厚度为10~1000 μm。

3.根据权利要求1所述的一种柔性提锂装置，其特征在于，所述无机电解质为NASICON结构氧化物、钙钛矿结构氧化物或石榴石结构氧化物；所述NASICON结构氧化物为Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃或Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，0.2≤x≤0.8；所述石榴石结构氧化物为Li_7-yLa₃Zr_2-yTa_yO₁₂，0≤y≤1；所述钙钛矿结构氧化物为Li_3zLa_2/3-zTiO₃，0＜z≤2/3。

4.根据权利要求1所述的一种柔性提锂装置，其特征在于，所述锂沉积电极由金属箔和连接于所述金属箔上的金属极耳组成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性提锂装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 取一柔性封装膜，在其表面裁剪形成一窗口，将一无机/聚合物复合锂离子筛膜贴合于该柔性封装膜上并使其完全覆盖住所述窗口；

将一金属极耳连接于金属箔上，得到锂沉积电极；取另一柔性封装膜，将所述锂沉积电极贴合于其侧面上，并使所述金属极耳部分伸出所述柔性封装膜；

b. 将缓冲层、上述两柔性封装膜封装在一起形成一密封腔体，使所述缓冲层被封装于所述密封腔体内；其中所述锂沉积电极位于所述密封腔体内，且所述金属极耳伸出所述密封腔体；

c. 将阳极催化层贴合在柔性封装膜上贴合锂沉积电极的另一侧，得到所述柔性提锂装置。

6.基于权利要求1-4任一项所述的柔性提锂装置的提锂方法，其特征在于，包括以下步骤：

i. 将柔型提锂装置置于含有游离锂离子的液体中，使装置中的无机/聚合物复合锂离子筛膜浸没于液面以下，且锂沉积电极的金属极耳不与液体接触；

ii. 利用接线将锂沉积电极的金属极耳、阳极催化层连接外接电源，构成回路；

iii. 通过所述外接电源向回路施加一定的电流，在偏压的作用下，液体中的锂离子选择性地通过无机/聚合物复合锂离子筛膜进入到缓冲层中，并以单质锂的形式沉积在锂沉积电极上。