[发明专利]锂金属负极片及其制备方法、二次电池

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极片及其制备方法，以及一种二次电池。其中，锂金属负极片包括负极活性层，所述负极活性层包括碳材料骨架，所述碳材料骨架具有三维孔结构，在所述三维孔结构的孔隙中含有亲锂材料和金属锂；所述亲锂材料的粒径D50不高于120nm；所述金属锂的粒径D50不高于120nm；所述三维孔结构的孔隙率为30％～70％，孔径为10～100m。本发明提供的锂金属负极片，包括具有三维孔结构的碳材料骨架，三维孔结构的孔隙内含有亲锂材料和金属锂，缓解了锂金属负极片表面容易生长锂枝晶的风险，同时提高了锂金属负极片的循环稳定性、安全性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极片及其制备方法，以及一种二次电池。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。

目前，锂离子电池构成了当前电动车的主要储能装置，锂离子电池能量密度的提升是电动汽车实现广泛应用的必要条件。相比于目前成熟使用的负极材料，锂金属负极具有克容量高的优势，在提高电池能量密度方面有较大的应用空间。但是，锂电池循环过程中，锂金属负极溶解、生长，造成本体体积改变，容易造成锂金属粉化或产生锂枝晶，进而引起电池形变，甚至导致电池短路，同时影响电池库伦效率和循环性能。另外，由于金属锂具有很高的活性，在传统液态电解液中，很难形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，从而造成金属锂负极的不断消耗，SEI膜不断增厚，锂负极结构变化。

目前，为抑制锂枝晶，现有技术中提出了多种方案，例如：具有三维结构的锂金属负极、具有保护层的平面锂金属负极等。但是，具有保护层的锂金属负极，由于循环过程中体积变化大，保护层容易破损，寿命提高有限；而具有三维结构的锂金属负极循环寿命高，但其结构复杂，尚停留在实验室阶段，不能与现有工艺、设备相兼容，应用实施困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂金属负极及其制备方法，以及一种二次电池，旨在一定程度上解决现有锂金属负极片在循环过程中易形成锂枝晶的问题。

为实现上述申请目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种锂金属负极片，锂金属负极片包括负极活性层，负极活性层包括碳材料骨架，碳材料骨架具有三维孔结构，在三维孔结构的孔隙中含有亲锂材料和金属锂；亲锂材料的粒径D50不高于120nm；金属锂的粒径D50不高于120nm；三维孔结构的孔隙率为30～70％，孔径为10～100μm。

本发明第一方面提供的锂金属负极片，通过具有三维孔结构的碳材料骨架和充在其孔隙内的亲锂材料和金属锂的相互协同作用，不但使负极片有较高的容量，满足高能量密度电池的应用需求，而且循环稳定性好，安全性高，适用寿命长。

进一步地，亲锂材料选自Ag单质、Ga单质、Sn单质、Al单质、Si单质、CuO中的至少一种；这些材料具有与锂相似的晶格参数，具有较好的亲锂特性，均能诱导锂离子在其表面沉积结合。

进一步地，亲锂材料的粒径D50为50～120nm，该粒径大小的亲锂材料最负极片中有最佳的亲锂效果，对负极片锂枝晶的形成有最佳的抑制作用。

进一步地，碳材料骨架包括炭黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；这些碳材料不但导电性能优异，有利于电子迁移传输，而且可形成多孔隙的三维结构。

进一步地，金属锂的粒径D50为80～120nm；该粒径大小的金属锂有利于均匀地分布到负极片的碳材料骨架的三维孔结构的孔隙中，为锂金属负极片提供均匀稳定的补锂效果。

进一步地，碳材料骨架与亲锂材料和金属锂之间通过粘结剂结合。通过粘结剂提高负极片中碳材料骨架的稳定性，同时提高亲锂材料与金属锂在骨架中的填充稳定性。