[发明专利]金属锂二次电池的泡沫锂负极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属锂二次电池的负极及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子电器向小型化、高能化、便携化的方向发展，以及油气等天然能源的逐渐短缺，化学电源开始受到人们前所未有的关注。随着科技的进步，人们迫切需要一种高能量密度的电池来适应各种电器的小型化、超薄化发展趋势。锂电池中，石墨的理论比容量只有372mAh/g，且第一次充放电循环又会产生很大的不可逆容量损失，而金属锂的理论比容量为3860mAh/g，且锂电极的交换电流密度大，极化小，是理想的电极材料。目前由金属锂箔制成的金属锂电极在充放电循环过程中会产生枝晶和死锂(脱落的锂枝晶)，又由于锂箔制成的负极在充放电所产生的电流强度大，致使负极枝晶生长较快和较大，易刺穿隔膜，造成电池内部发生微短路，使充电电量远大于放电电量，或者是放电时枝晶脱落导致容量衰减大，引发漏电、甚至爆炸，从而影响电池的循环性能和安全性能，阻碍了金属锂在电池领域的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决目前以锂箔为负极的金属锂二次电池存在循环性差、安全性低的问题，而提供一种金属锂二次电池的负极及其制备方法。

本发明金属锂二次电池的泡沫锂负极由泡沫金属基体及沉积于泡沫金属基体表面上的锂沉积层组成。

金属锂二次电池的泡沫锂负极按以下步骤制备：一、对泡沫金属基体进行表面处理：泡沫金属基体经去离子水冲洗、除油、冲洗和活化后用去离子水冲洗干净，再用冷风将泡沫金属基体吹干；二、用经过除水处理的电解液进行金属锂电沉积：正极为双金属纯锂片，阴极为泡沫金属基体，电沉积的表观面积电流密度为10～100A/m²，即得到金属锂二次电池的泡沫锂负极；步骤二的电解液中放有分子筛并置于氩气氛密闭容器中放置4～5天进行除水处理；电解液的溶剂由DMC和EC按1∶1的体积比组成，电解液的熔质为LiPF₆，溶质LiPF₆在电解液中的浓度为1mol/L。

金属锂二次电池的泡沫锂负极也可以按以下步骤制备：一、对泡沫金属基体进行表面处理：泡沫金属基体经除油、冲洗、活化后用去离子水冲洗干净，再用冷风将泡沫金属基体吹干；二、将处理后的泡沫金属基体放入真空镀膜机内，真空镀膜机内抽真空后通入氩气，在压强为0.1～1Pa的条件下蒸发镀锂，蒸发锂的弧电流为10～100A，两电极间距离为100～200mm，即得到金属锂二次电池的泡沫锂负极。

本发明泡沫金属基体表面上锂沉积层的金属锂沉积量为20～200g/m²。

本发明两种方法制备出的金属锂二次电池的泡沫锂负极都具有金属锂在泡沫金属基体上均匀沉积，比表面积大可以降低充放电的真实电流密度，不易产生枝晶和死锂，即使有枝晶产生因真实电流密度小，所以枝晶生长缓慢且尺寸小，又加之在金属锂二次电池的泡沫锂负极的三维结构孔洞内形成，不宜刺穿隔膜和脱落，减小了短路的发生，提高了金属锂二次电池的安全性能和循环性能。

可以对本发明制备出的泡沫锂的厚度进行压制，所以用泡沫锂为金属锂二次电池的负极材料可缩小电池体积，满足现在电器小型化、超薄化发展趋势。本发明中实验电池性能测定证明以泡沫锂作为负极的金属锂二次电池，大电流放电性能好，循环性能好，在4mA/cm²电流密度下进行100次循环以后容量仍为98％以上；而金属锂箔作为负极制备的金属锂二次电池，在相同的的电流密度条件下全部在40次循环之前就短路或容量下降到首次放电容量的80％以下，金属锂箔作为负极制备的金属锂二次电池在第25次循环时容量就迅速下降，充电0.275mAh，放电量为0.237mAh，库仑效率只有86％。泡沫金属锂由于其大的表面积，其作为负极时循环寿命均明显提高，而且容量衰减也比较平稳，没有出现大的波动，同时也减小了短路等安全性问题的发生，带来长期的、积极的社会和环境效益。

附图说明