[发明专利]复合锂负极及其应用

说明书

本发明提供了一种复合锂负极及其应用，所述复合锂负极包括锂金属，以及官能团化的无机颗粒；官能团化无机颗粒的官能团包括羧基、羰基、羟基、巯基、醛基、肽键、碳碳双键、碳碳三键或硝基中的任意一种或至少两种的组合；本发明通过在锂金属中添加官能团化的无机颗粒，解决了锂金属在循环过程中体积膨胀，锂枝晶生长的问题。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种锂负极，尤其涉及一种复合锂负极及其应用。

背景技术

锂金属负极具有高理论比容量(3860mAh/g)，是目前商业化的石墨负极理论比容量(372mAh/g)的十倍，因此，采用锂金属作为动力电池的负极一直被广泛关注。

锂金属负极的高反应活性导致锂大量消耗，使锂离子脱嵌过程容易发生锂枝晶生长，从而刺穿隔膜，并且锂负极循环过程中会发生体积膨胀等问题。虽然锂负极具有极大的潜在发展空间，但是仅仅采用纯锂金属作为负极无法实现电池的长循环。

基于以上研究，如何提供一种复合锂负极，其能解决锂金属在充放电循环中体积膨胀过大，锂枝晶生长刺穿隔膜等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合锂负极及其应用，尤其提供了一种无机骨架支撑的复合锂负极及其应用，通过在锂金属里添加官能团化的无机颗粒，来解决锂金属在循环过程中体积膨胀，抑制锂枝晶的生长。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合锂负极，所述复合锂负极包括锂金属，以及官能团化的无机颗粒；

官能团化无机颗粒的官能团包括羧基、羰基、羟基、巯基、醛基、肽键、碳碳双键、碳碳三键或硝基中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括羧基和羰基的组合，羟基和巯基的组合，醛基和碳碳双键的组合，或碳碳三键和硝基的组合。

本发明所述官能团化的无机颗粒在复合锂负极中起到无机骨架的作用，由于采用纯锂金属作为负极时，在循环过程中，锂金属会与电解液反应，其表面会形成一层钝化层，离子电导率变差，强度变低，导致电解液持续被消耗，同时锂金属与电解液界面电阻会越来越高；因此，本申请采用官能团化的无机颗粒来支撑锂金属，能加速锂离子的传导，提升复合锂负极的离子传导速率，降低锂离子不均匀的沉积，提升抗负极膨胀的能力，并能抑制锂枝晶的生长。

本发明所述官能团化的无机颗粒与锂金属键合的机理包括：羧基、羰基、羟基、巯基、醛基和肽键能与锂金属发生取代反应，从而使无机颗粒与锂金属键合；碳碳双键和碳碳三键会和锂金属发生加成反应键合；锂金属和硝基会生成亚硝酸锂或氮化锂等无机物。

本发明所述官能团化的无机颗粒中，官能团的个数为1个以上，例如可以是3个、5个、10个、15个、20个、25个、30个或35个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的正整数同样适用。

官能团化无机颗粒的任意两种官能团的摩尔比为1:(0.1至10)，例如可以是1:0.1、1:1、1:5或1:10，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

官能团化无机颗粒的任意三种官能团的摩尔比为1:(0.1至10):(0.1至10)，例如可以是1:0.1:0.1、1:1:1、1:5:10或1:10:10，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，所述官能团化的无机颗粒的杨氏模量为1GPa以上，例如可以是1GPa、1.5GPa、2GPa、2.5GPa、3GPa、3.5GPa、4GPa、4.5Gpa、5Gpa、6Gpa或8GPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1GPa至6GPa。