[发明专利]一种复合锂金属负极、其制备方法及锂金属电池

说明书

本发明公开了一种复合锂金属负极、其制备方法及锂金属电池。所述制备方法包括：采用酸性溶液对层状硅酸盐黏土矿物材料进行预处理；在经过预处理的层状硅酸盐黏土矿物材料上原位生长金属有机框架，获得层状硅酸盐黏土矿物复合材料；将层状硅酸盐黏土矿物复合材料覆盖于集流体表面，获得复合材料膜；将所述复合材料膜与锂金属复合，获得复合锂金属负极。本发明的制备方法在层状硅酸盐黏土矿物材料表面原位生长金属有机框架，复合结构不仅具有丰富的空腔结构和高比表面积，还有高度有序的多孔结构，可控的孔径及拓扑结构，兼具无机‑有机特性的混合性质等优点，可提升电芯倍率性能和循环寿命，减小锂金属电池内阻，保证锂金属电池的工作效率。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种复合锂金属负极、其制备方法及锂金属电池。

背景技术

随着高端通讯、电动汽车、航空航天、无人机等新型产业的蓬勃发展，高能量密度储能成为电池领域发展的必然趋势。现有锂离子电池受限于正负极材料的理论比容量，难以实现能量密度的突破。近年来，金属锂负极得到研究人员的广泛关注，金属锂的比容量高达3860 mAh/g，密度仅为0.59 g/cm³，电位低至-3.04 V，是最为理想的负极材料。因此，研发并生产锂金属电池体系，实现电池能量密度的跨越式提升对动力电池来说是十分迫切的。

锂金属负极由于优异的性能吸引了广泛的关注，但是将锂金属负极应用在锂金属电池体系中并非一项简单的工作，早期将锂金属负极商业化的皆因为锂金属负极的安全性问题折戟沉沙。究其原因，主要是在充电的过程中非均匀的锂沉积导致锂枝晶的持续生长，最终刺穿隔膜，引起正负极短路。此外，在循环过程中金属锂负极与电解液之间持续的副反应会导致电池的库伦效率的显著降低，巨大的体积膨胀则是锂金属负极面临的另一个难题，在反复的充放电过程中，锂金属在负极的沉积并非致密结构，而是具有许多空隙的疏松结构，负极的体积不断膨胀，电池内阻不断增大，导致锂金属电池的容量及库伦效率迅速衰减。当前，锂金属电池作为动力电池实现商业化还未成熟。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合锂金属负极、其制备方法及锂金属电池。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种复合锂金属负极制备方法，包括：

采用酸性溶液对层状硅酸盐黏土矿物材料进行预处理；

在经过预处理的层状硅酸盐黏土矿物材料上原位生长金属有机框架，获得层状硅酸盐黏土矿物复合材料；

将所述层状硅酸盐黏土矿物复合材料覆盖于集流体表面，获得复合材料膜；

将所述复合材料膜与锂金属复合，获得复合锂金属负极。

在一些优选实施方案中，所述复合层状硅酸盐黏土矿物材料的制备方法具体包括：

将经过预处理的层状硅酸盐黏土矿物材料与金属离子化合物在有机溶剂中均匀混合，获得第一混合物；

向所述第一混合物中加入有机配体并充分混合，从而获得第二混合物；

从所述第二混合物中分离出固形物，获得所述层状硅酸盐黏土矿物复合材料。

第二方面，本发明还提供一种上述方法制备的复合锂金属负极。

第三方面，本发明还提供一种锂金属电池，所述锂金属电池包括上述复合锂金属负极。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：