[发明专利]一种锂电池包覆型金属锂负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池负极材料的技术领域，具体提出一种锂电池包覆型金属锂负极材料及制备方法，所述负极材料是将锂屑在氩气保护下进行湿法研磨，研磨后干燥、密封，获得高活性表面的锂粉，然后与氨基功能化的石墨烯微片加入球磨机中，在氩气保护下球磨，之后更换为氩气/氮气的混合气体继续球磨，获得氮化锂/金属锂/氨基石墨烯的复合颗粒，接着加入铝粉、铜粉，更换为氩气再次球磨而制得。本发明负极材料表面包覆的铝锂合金层保证了良好的稳定性，内部包覆的氮化锂相可以有效提高锂离子的输运能力，抑制锂枝晶沉积，提高了金属锂的循环性能，同时制备工艺简单，包覆效果好，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料的技术领域，特别是涉及一种锂电池包覆型金属锂负极材料及制备方法。

背景技术

近年来，在国家大力倡导开发新能源及其相关产业的大环境下，锂电池的发展和应用受到普遍的关注。锂电池负极材料是电池在充电过程中锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用，作为锂离子电池的重要原材料之一，对于锂电池的性能有着重要的影响。

锂电池的负极材料中，金属锂负极由于具有高的比容量（3860mAh/g）、最低的电化学势（-3.04V）、较小的密度（0.534g/cm³），因而是最具有前景的高能锂离子电池负极材料，更成为新兴产业的最佳选择。因此，锂电池金属锂负极的发展应用受到广泛关注。

金属锂负极在应用中，随着循环过程中金属锂与电解液的反应，会使电池充放电循环效率降低和界面阻抗的增加；“锂枝晶”和“死锂”会导致安全性下降和电极活性物质损失等问题，严重制约金属锂负极的应用。此外，金属锂还具有高活性，空气稳定性差等特点，增大了加工及运输过程的难度。近年来，抑制锂枝晶的形成，改善锂二次电池金属锂负极的安全性和稳定性已成为电池领域中重要的研究方向。

中国发明专利申请号201910895129.6公开了一种金属锂负极，包括负极集流体和沉积于所述负极集流体内部的负极活性物质层，所述负极活性物质层的材料为金属锂，所述负极集流体包括集流体本体和包覆于所述集流体本体内部孔隙表面及外表面的梯度导离子层，同时保证集流体的离子和电子传输，所述负极活性物质层沉积于所述梯度导离子层表面，所述集流体本体为多孔导电材料，所述多孔导电材料的孔隙率为10％-95％，所述梯度导离子层为磷化锂、氧化锂、氮化锂、硫化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、磷酸锂中的至少一种；然而这种沉积方式需要精细控制，在粗犷的工业生产中使用价值较低。

中国发明专利申请号202010036664.9公开了一种物相组分可控的锂铝合金负极材料，所述负极材料为骨架状锂铝合金，或者为骨架状锂铝合金以及填充在所述骨架中的金属锂构成的合金；然而这种工艺较为复杂，对于制备条件要求相对较高，因此难以满足工业化大规模生产。

中国发明专利申请号201310220464.9公开了锂铝合金及其生产方法和用途，属于二次电池负极材料技术领域，该锂铝合金由如下重量百分比的组分组成：铝0.1-4.0wt%，余量为锂和不可避免的杂质；然而这种真空熔炼工艺中，不可避免的会引入较多的杂质，而且高温熔炼工艺形成的锂铝合金中，铝作为掺杂相引入，其表层大多为金属锂相，对于电解液的侵蚀和空气的耐受性较差，受到外界环境的影响较为严重。

为了有效提高金属锂负极的耐受性，进而改善其循环性能，有必要提出一种新型金属锂负极材料，进而促进金属锂负极材料的发展和应用。

发明内容

针对目前金属锂负极易受电解液侵蚀，锂枝晶生长，导致库伦效率低、循环寿命短和安全性能差等缺陷，本发明提出一种锂电池包覆型金属锂负极材料及制备方法，从而实现了对金属锂的保护，提高了金属锂负极材料的耐受性，抑制锂枝晶的生长，改善了循环性能和安全性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：