[发明专利]一种金属锂复合电极材料及其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种金属锂复合负极材料及其制备方法及锂离子电池，包括金属锂导电层，所述金属锂导电层含有立体结构材料，所述立体结构材料用于为金属锂提供附着位点并包覆金属锂。本发明的一种金属锂复合电极材料有效避免锂与电解液进行接触，有效减低电解液消耗，引导锂离子的均匀沉积，抑制锂枝晶生成。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种金属锂复合负极材料及其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池发展至今，已历经半个多世纪，其具有能量密度大，自放电小，使用寿命长等优点。然而，随着当今社会的飞速发展，其已越来越不能满足人们对高能量密度电池的需求。

相比于已接近理论比能极限的锂离子电池，金属锂因具有超高的理论比容量(3860mAh/g)，极低的电势(-3.04V，相对于标准氢电极)，被认为是下一代高能量密度锂电池的理想负极材料。然而金属锂在充放电过程中不均匀的沉积/剥离行为极易引发锂枝晶生长，导致电池较低的库伦效率及安全隐患，这使得二次金属锂电池至未能商业化。

为了解决锂枝晶问题，研究者们尝试了多种方式方法，目前常用的方法包括在电解液中加入功能添加剂(如Cs盐、DTD等)，在锂金属表面构建SEI膜(包括原位法和非原位法，其中原位法为通过使用锂盐、功能添加剂等在负极表面自发形成SEI，非原位则为人造SEI)及构建三维骨架结构等方法。但目前这些方法均存在一定局限性，电解液功能添加剂如Cs盐，其对浓度精确度要求极高。人造SEI膜构建方法如原子层沉积法(ALD)需要借助特殊设备，流程复杂且价格昂贵。而构建3D负极主要使用的方法包括电化学预处理、熔融法等。这其中，电化学预处理需要对电池进行重新组装拆卸，难以实现大规模化应用，熔融法需要让锂处于熔融状态，危险系数较大，且与其复合的材料需要具有亲锂特性。

相比较而言，辊压法制备复合负极材料方法较为便捷，更有望实现大规模生产应用，有研究者通过此法将金属锂与碳纸、铜/镍网等直接辊压复合，得到性能较为优异的复合材料，但使用铜网/镍网、碳纸等材料在重量、厚度等方面均不占优势。也有研究人员通过将金属氧化物等材料撒在锂上后反复折叠辊压，但此法明显难以得到复合物分布均匀材料。因此，开发一种较为简单且能大规模生产应用的复合材料制备方法具有极为重大意义。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有三维结构的金属锂复合材料，该材料具有更高的离子导电性。当将此复合材料用做电芯阳极时，在电芯充放电循环过程中，可以降低阳极表面局部电流，减少电解液消耗，同时有效引导锂离子沉积在材料三维结构内部而非其表面，进而抑制锂枝的生成，延长电芯循环寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属锂复合电极材料，包括金属锂导电层，所述金属锂导电层含有立体结构材料，所述立体结构材料用于为金属锂提供附着位点并包覆金属锂。

作为本发明一种金属锂复合电极材料的一种改进，所述立体结构材料包括氮化锂、氟化锂、铝锂合金中的至少一种。

作为本发明一种金属锂复合电极材料的一种改进，所述金属锂导电层还包括碳粉和导电剂，所述碳粉、所述导电剂和所述立体结构材料重量份数比为5～8:1～3:2～5。

作为本发明一种金属锂复合电极材料的一种改进，所述金属锂导电层的厚度为40～60μm。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种金属锂复合电极材料的制备方法，可控性好，能够大批量大规模生产，实用性强，成本低，制备出的金属锂复合电极材料更均匀，性能更优异。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属锂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：