[发明专利]一种用于固态电池的金属锂复合负极的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于固态电池的金属锂复合负极的制备方法，包括以下步骤：（1）在惰性气体保护中，在温度为200～400℃下，将填料的粉体与熔融金属锂混合搅拌，直至粉体材料完全分散在熔融金属锂中；（2）在保持金属锂熔融状态下，将上述浆料涂覆在预热好的金属箔基底上，自然冷却至室温后，进行裁片。本发明制备方法简单，制备得到的金属锂复合电极用于固态电池中具有良好的结构稳定性、循环稳定性和倍率性能，可商业化大批量生产。

技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，具体涉及一种用于固态电池的金属锂复合负极的制备方法。

背景技术

随着信息社会的进一步发展，人们对能源有效利用的需求越来越凸显，而电能是所有能源中最具优势的能源。电能的存储问题是其的使用过程中最关键的一环，锂离子电池因其具有相对较高的能量密度及安全性得到了极大应用，成为目前便携电源的首选。但是随着信息技术呈指数型的发展，采用传统的石墨负极的锂离子电池将无法满足设备的需求，人们急需开发出下一代具有更高能量密度的电池。

金属锂具有极低的密度（0.59 g/cm³）和极高的容量密度（3860 mAh/g），并且具有最低的电势（-3.04 V），被称为电池领域的“圣杯”。金属锂负极是目前最具潜力的负极材料之一。目前用于固态电池的金属锂负极面临的最大挑战就是界面问题、锂枝晶问题和体积变化问题。金属锂由于其活性很高，能与电解质发生反应，在金属锂与电解质间形成一个界面，这个界面会产生较大的阻抗，对电池的循环性能是致命的。在充放电过程中，金属锂负极不均匀沉积带来的锂枝晶生长，导致活性锂逐渐减少，更严重者可导致电池短路。电流密度不均匀带来的锂离子不均匀沉积的问题在大容量电池中尤其突出。此外在循环过程中，金属锂负极还会面临着巨大的体积变化，这种体积变化会导致电池界面脱落进而发生电池断路失效的问题。所有电极材料在工作过程中都会发生体积变化，即使是商业嵌入电极如石墨也呈现约10％的体积变化。此外，在下一代电池固态电池中，由于缺少液态浸泡的特性，负极内部的电子与离子传导路径将成为负极性能的重要研究内容。

现有制备用于液态电池的复合负极的技术中，采用熔融法在金属锂表面制备一层无机非金属化合物保护层，或采用电镀法将金属锂电镀在碳管中制备复合负极，或采用多孔骨架表面引入亲锂物质后再与熔融金属锂复合制备复合负极，或采用与金属锂形成合金的方式制备复合负极。这些方法都有其各自的缺点，大部分的方法集中在对金属锂负极的电子导体的构建，这主要针对的是锂负极在液态电池中使用时出现的问题。与固态电池不同，液态电池存在电解液，由于负极处于具有较高离子电导率的电解液浸泡中，即便在负极产生体积变化时，传导离子的电解液自身的液体流动性会填补这部分体积变化，因此液态电池一般不考虑离子导体在复合负极中的影响，技术人员并不知晓用于液态电池的金属锂负极能否应用于固态电池中来解决固态电池用金属锂负极所遇到的上述技术问题。此外，在采用电镀法或者多孔骨架引入亲锂物质等方法时，都不可避免地会在锂负极中引入可能会严重影响锂负极性能的杂质相。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、容易实施、易于大规模生产、控制精度高且成本低的能够大幅提高负极材料结构稳定性、循环稳定性和倍率性能的用于固态电池的金属锂复合负极的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于固态电池的金属锂复合负极的制备方法，包括以下步骤：

（1）在惰性气体保护中，在温度为200～400℃下，将填料的粉体与熔融金属锂混合搅拌，直至粉体材料完全分散在熔融金属锂中；

（2）在保持金属锂熔融状态下，将上述浆料涂覆在预热好的金属箔基底上，自然冷却至室温后，进行裁片。

作为对上述技术方案的进一步改进：