[发明专利]一种锂复合负极片材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂复合负极片材料及其制备方法。所述的锂复合负极片材料包括金属纯锂片、粘结剂（CMC、SBS、PVDF、PTFE中的一种或两种及以上的混合）和碳材料（石墨、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种，或两种及以上的混合）。该锂复合负极片材料可以应用在锂离子电池中，也可以应用在热电池、锂硫电池、锂二氧化锰电池等电池中。

技术领域

本发明涉及锂电极材料制备领域，具体涉及一种锂复合负极片材料及其制备方法。

背景技术

金属锂具有极高的理论比容量(3860 mAh/g)和理想的负极电位(-3.04 V vs.SHE)，使其成为金属锂二次电池最有前景的负极材料。以金属锂为负极的二次电池，具有高工作电压、高能量密度等优势，使得金属锂成为当今能源存储领域的首选材料。然而，现有锂离子二次电池各项指标诸如容量、循环寿命、充放电速度等，均不能满足消费者日益增长的需求，这是因为金属锂二次电池在应用时存在两个非常重要的问题：第一，锂枝晶问题。因为金属锂比较活泼，当金属锂作为负极的时候会与电解质发生化学反应，形成锂枝晶结构，这样的结果就是，电池在充放电循环过程中锂枝晶的生长将会刺穿隔膜引起电池内部短路和严重的安全问题，并且也会导致SEI 膜的重复破坏而引起金属锂和电解质之间的反应。第二，金属锂二次电池循环效率较低。而导致循环效率低有两个主要原因：充放电循环过程中金属锂表面的SEI 膜的重复破坏和修复，进而消耗金属锂并缩短电池寿命；不可逆“死锂”(从主体锂上脱离下来的枝晶锂)的生成也会降低锂金属电池的容量。

因此，如何在锂电池中更好的利用金属锂所具有的的较好理论比容量及较低负极电位的强劲优势，并避免上述金属锂作为电极材料所出现的问题，一种新型含锂复合负极材料的研发成为本发明的重中之重。

发明内容

本发明针对上述背景技术中所涉及的缺陷，提供了一种锂复合负极片材料及其制备方法。本发明将常用电极碳材料（石墨、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种，或两种及以上的混合）与金属锂片通过双辊辊压的工艺制备碳膜/金属锂膜层层锂复合负极片材料，利用这些碳材料的高导电性及性能稳定等优势，在保持锂高比容量及低负电位的同时，有效解决锂枝晶生长的问题，进而避免因锂枝晶生长而导致的电池内部短路、SEI 膜重复破坏和循环效率低等问题。并且，该制备方法较为简单，易于产业化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂复合负极片材料，包括金属纯锂片、粘结剂（CMC、SBS、PVDF、PTFE中的一种或两种及以上的混合）和碳材料（石墨、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种，或两种及以上的混合）。

进一步的，所述锂复合负极片材料中，粘结剂包括CMC、SBS、PVDF、PTFE中的一种或两种及以上的混合，其中在锂复合电极材料中，粘结剂的含量为0.1-6.0%。

更进一步的，所述粘结剂一般是CMC、SBS、PVDF、PTFE等的粉料，且所述粘结剂在使用前，要先溶解分散在NMP中待用，储存时间不得超过10h。

所述锂复合负极片材料中，所述碳材料包括石墨、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或两种及以上的混合，其中在锂复合负极片材料中，碳材料的含量为1-75%。

进一步的，所述的锂复合负极片材料，具体制备方法是：

1）先将粘结剂粉料溶解分散在NMP溶剂中待用；

2）向称量好的碳材料中加入甲苯溶剂，然后向其中滴加上述1）中的粘结剂溶液，经过充分超声并搅拌（或使用真空混料机），使之混合均匀，得碳材料浆料。

3）将上述2）中的碳材料浆料转移至充满氩气的多功能手套箱中，经双辊滚压几遍使之成为片状，然后再和纯锂金属片重叠在一起，在双辊中经过多次“辊压-折叠-再辊压”混合制片，即制得锂复合负极片材料初产品。