[发明专利]一种超薄金属锂复合体及其制备方法和用途

说明书

公开了一种超薄金属锂复合体及其制备方法和用途，所述方法包括在基底上预先制备有机过渡层，在水值≤0.1ppm，氧值≤0.1ppm的氩气保护气氛下，将具有过渡层的基底和熔融态锂接触，熔融态的金属锂将在基底表面迅速铺展，形成锂薄层。所述超薄金属锂可以预先将锂存储在集流体上，可作为抑制锂枝晶的安全锂负极使用，也可以用于负极补锂工艺，亦可以借助基底上过渡层的图案化设计，实现超薄锂层的高度可控制备。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种超薄金属锂的制备方法及其用途。

背景技术

便携式电子设备及电动汽车的迅速发展，对其中储能环节的锂离子电池性能提出越来越高的要求。锂金属具有极高的理论容量(3860mA h g^-1)和最低的氧化还原标准电极电势而备受电池研究工作者的关注，目前已成为下一代二次电池的研究热点。金属锂负极在商业化过程中存在的主要障碍为锂的不均匀沉积以及锂金属和电解液之间的副反应，尤其是锂的不均匀沉积引起的锂枝晶不仅导致电池库伦效率降低，还有可能刺穿隔膜使得电池内部短路从而诱发重大安全问题。因此锂金属的安全设计在其使用过程中具有重大意义。

商业化的锂片，最薄仍具有50μm的厚度，考虑到成本，科研单位实验室常用的锂片厚度约600μm，在目前的正极材料面容量的匹配下，商业化的锂片所具有的面容量则远远过量。为了节约使用锂金属并抑制锂负极在循环过程中存在的枝晶及库伦效率较低等问题，近几年来很多研究者采用电沉积方法制备了安全性较高的锂负极。研究表明，多孔集流体的使用将能在一定程度上改善锂枝晶的问题。一些负极材料，比如硅碳材料，若采用补锂工艺，有望使其性能得到进一步改善。补锂工艺中的所需要的锂一般较薄(～3mAh cm^-2，对应的厚度为15μm)，将超薄的金属锂层和硅碳材料复合，将使得硅碳负极材料具有更广阔的应用前景。此外，能实现超薄锂层的可控制备非常重要，将其变为具有可控性的锂层，将有助于其广泛用于电子器件。

目前锂带的制备方法主要是通过熔融法，CN104332586A公开了一种锂带的生产方法，包括以下步骤：S10、预冷隔膜：通过预冷装置预先将电池隔膜的温度降低；S20、熔融锂锭：通过加热装置将金属锂锭的温度升高，使固态的金属锂锭变成熔融状的锂流体；S30、敷覆锂流体：将熔融状的所述锂流体敷覆在已经被预先冷却的所述电池隔膜表面；S40、终冷隔膜：通过终冷装置将已经敷覆所述锂流体的所述电池隔膜再次降低温度，使所述锂流体凝固形成锂带。同时还公开一种使用上述方法制作锂带的生产设备。通过提供一种锂带的生产方法及生产设备，取代传统的滚压制作超薄锂带的生产方式，避免了滚压过程中的锂带变色、厚度均匀性不可控等问题，实现简单、高效、可靠地生产锂带。除了加热熔融法制备锂，还可以通过电沉积的方法制备锂带，CN106702441A公开了一种连续电沉积制备锂带的方法，该方法包括依次进行的如下步骤：a、前处理：对金属基带进行活化处理；b、电沉积锂：采用恒流电沉积锂，先控制电流密度为5-50mA/cm²，沉积0.5-10s；再调整电流密度为0.02-1mA/cm²，沉积时间为1-10h；c、后处理：将电沉积后的金属带进行钝化，得到金属锂带。该金属锂带各处厚度均匀致密，通过调节电流密度与浸入镀液时间来调控锂镀层的厚度，易于制得各类厚度的锂带，但需要非常精确地控制电沉积条件，相比熔融法，需要的时间也较差，工艺参数相对复杂，生产效率偏低。