[发明专利]一次锂电池及其制备方法

说明书

公开了一种一次锂电池及其制备方法。本发明的一次锂电池的负极是超轻三维骨架金属锂复合体，其具有：不导电的高分子聚合物三维骨架；沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层。该负极克服了传统的锂带负极抗拉强度低、使用厚锂带降低比能量及锂资源浪费的问题。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一次锂电池及其制备方法。

背景技术

一次锂电池具有比能量高，电压高，自放电小，工作温度范围广的优点，被广泛应用于照相机、智能仪表、水表、电表、气表、石油勘探、医疗器械、防盗报警等领域。金属锂的原子质量小，电化学电位最负，与氧亚硫酰氯、二氧化锰等正极材料以及非水电解质组成的电池的比能量很高。目前一次锂电池的负极大部分是采用的厚金属锂带，锂带厚度≥1mm，但实际利用的金属锂厚度没有那么厚，会有部分的金属锂剩余不参与反应，造成金属锂资源的浪费。而金属锂带本身比较柔软，抗拉强度低(约1.156MPa)，当采用厚度≤0.1mm金属锂带做一次电池的负极时，需要使用金属箔材例如铜箔、不锈钢箔材等做金属锂带的支撑基材，才能更好的收放卷使用。但金属箔材一般都很重，降低电池的比能量。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种一次锂电池及其制备方法，其可以解决一次锂电池中使用纯锂带抗拉伸强度低的问题。

本发明采用如下技术方案：

在一些实施例中提供一种一次锂电池，所述的锂电池负极是超轻三维骨架金属锂复合体，所述复合体具有：不导电的高分子聚合物三维骨架；沉积在三维骨架内部的、用于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子；分布于三维骨架表面且贯穿三维骨架内部的金属锂薄膜，其中，借助于提高金属锂浸润性的纳米功能粒子，金属锂薄膜形成贯穿三维骨架的导电通道；和任选地，位于金属锂薄膜外表面的表面保护层，其中，所述超轻三维骨架金属锂复合体具有1.0-200微米的均匀厚度，厚度公差在±0.5μm以内，所述超轻三维骨架金属锂复合体的密度小于等于单纯金属锂薄膜的密度。

根据本发明的实施例，金属锂贯穿于骨架材料内部和表面，金属锂本身能传导电子，有利于电池反应时均匀集流和散热；由于骨架材料密度小，质量轻，有利于提高电池的比能量。

在一些实施例中提供一种制备上述一次锂电池的方法，所述方法包括：通过模切机将成卷的超轻三维骨架金属锂复合体冲片成一定尺寸的片作为负极；将所述负极片与电解液、隔膜和正极一起组成一次锂电池，或者将所述负极片与固态电解质和正极一起组成一次锂电池。

本发明可以具有以下有益效果中的至少一种：

(1)超轻三维骨架金属锂复合体密度小，质量轻，实现电池的高能量密度。

(2)金属锂贯穿于骨架材料内部和表面，一方面提高了金属锂层的抗拉强度，另一方面也有利于电池反应时均匀集流和散热。

(3)超轻三维骨架金属锂复合体抗拉强度大(≥30MPa),可以成卷收放卷使用，有利于产业化连续生产。

附图说明

图1为根据本发明实施例1获得的超轻三维骨架金属锂复合体(尼龙锂带产品)的实物图。

具体实施方式

本发明一方面提供了一种一次锂电池，其负极由具有纳米功能粒子的超轻骨架材料和金属锂或锂合金及任选的表面保护层(例如人工SEI膜)组成。

其中，超轻骨架材料可以为聚合物：例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、粘胶纤维、醋酸纤维、尼龙、涤纶、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚芳醚、聚芳酰胺中的一种或者多种组合。所述超轻骨架材料经过静电纺丝或者编制而形成三维骨架结构。