[发明专利]一种高比能锂金属电池制备方法

说明书

一种高比能锂金属电池制备方法，它属于锂金属电池技术领域。本发明要解决现有锂金属电池实际能量密度低、无负极锂金属电池无稳定容量以及锂金属电池中的枝晶问题。方法：一、制备富锂材料正极片；二、制备MXene薄膜；三、组装。本发明用于一种高比能锂金属电池制备。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域。

背景技术

锂离子电池作为一种新型电化学储能装置，在各种应用场景中占比最高，而传统锂离子电池的质量能量密度不超过350Wh/kg，体积能量密度不超过800Wh/L。能量密度是衡量储能设备存储能力的重要指标，随着生活水平的提高，消费者对手机、汽车和移动电源的能量密度需求进一步增加。然而，传统的锂离子电池已经达到理论密度极限，为了进一步提高电池的能量密度，锂金属电池的研究正在重新兴起。

锂金属由于其高比容量3860mAh/g、最低的还原电位-3.04V vs SHE和低的密度0.534g/cm³，在各种负极材料中被奉为“圣杯”。然而，直接采取锂箔会造成锂资源的浪费和严重的安全隐患，单纯用超薄锂又会增加巨额成本，且大量的锂箔同样存在安全问题，采用锂化正极与裸集流体的无负极系统是能够避免在生产过程中的安全问题。

对于任何给定的含锂正极系统，无负极全电池配置(消除多余的锂并将完全锂化的正极与裸集流体配对)可以提供最大的能量密度。电池装配过程中不需要直接采用锂金属也带来了显著的实用优势，同样也是深入了解锂沉积与各种正极系统的理想结构。首次充电时负极表面产生的SEI会消耗大量活性锂，而无负极锂金属电池中的锂全部来自负极活性物质，消耗的活性锂无法得到补充，导致能量密度损失。为了弥补首圈SEI损耗的活性锂，预锂化技术往往被应用，然而，常规的预锂化方法有添加高比容量锂化合物以及化学或电化学预嵌锂，这些方法或多或少的增加了工艺的复杂性和降低了能量密度优势，富锂材料在首次充电过程中具有巨大的不可逆性，可以通过常规煅烧工艺直接合成，具有与预锂化材料相当的效果，以弥补无负极锂金属电池能量密度的损失。

然而，在反复的锂电镀/剥离过程中，一方面，锂枝晶不受控制的增长，导致内部短路和“死锂”的积累，造成容量的快速衰减，另一方面，锂不均匀的沉积造成界面起伏较大，机械性差的SEI破裂再生不断的消耗活性锂，最终导致明显的容量衰减。相较于锂金属电池，无负极电池体系的所有活性锂都储存在正极，有限的活性锂对负极表面更加敏感。

发明内容

本发明要解决现有锂金属电池实际能量密度低、无负极锂金属电池无稳定容量以及锂金属电池中的枝晶问题，进而提供一种高比能锂金属电池制备方法。

一种高比能锂金属电池制备方法，它是按以下步骤进行：

一、将富锂材料、导电剂及粘结剂混合，然后加入到溶剂中研磨，得到浆料，将浆料涂覆在铝箔上，真空干燥，得到富锂材料正极片；

所述的富锂材料与导电剂的质量比为1:(0.05～0.2)；所述的富锂材料与粘结剂的质量比为1:(0.05～0.13)；所述的富锂材料正极片中富锂材料的载量为9mg/cm²～11mg/cm²；

二、将盐酸和超纯水混合，得到盐酸溶液，氟化锂加入到盐酸溶液中，得到刻蚀液，将MAX加入到刻蚀液中，在温度为34℃～36℃及搅拌速度为200rpm～300rpm的条件下，加热搅拌23h～25h，然后离心，得到MXene溶液，将MXene溶液通气冰浴超声，得到MXene单片层，将MXene单片层真空抽滤，得到MXene薄膜；

所述的盐酸与超纯水的体积比为1:(0.3～0.4)；所述的刻蚀液中氟化锂的浓度为0.06g/mL～0.08g/mL；所述的MAX的质量与刻蚀液的体积比为1g:(20～25)mL；所述的MXene溶液的浓度为1g/L～2g/L；所述的MXene薄膜的面密度为1mg/cm²～2mg/cm²；