[发明专利]一种LiB电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种LiB电极材料及其制备方法和应用，LiB电极材料包括LiB合金基底以及附着于LiB合金基底表面的防溢流层，防溢流层由纳米材料或骨架材料和纳米材料的混合物制得。本发明中以纳米材料或骨架材料和纳米材料的混合物为原料制备防溢流层，其中的纳米材料所具有的较大的吸附能力和毛细作用能够实现对LiB合金表面的粘附和封堵，从而抑制LiB合金中液态金属锂在高温和复杂力学条件下的溢流。另外，通过在LiB合金表面设置防溢流层，可以将LiB合金负极其金属锂溢流温度提高50℃左右，可以在保证安全性的前提下帮助实现更宽温域的热电池研发和制造，进一步提高热电池环境适应能力。

技术领域

本发明属于热电池技术领域，具体涉及一种LiB电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

热电池由于贮存时间长且免维护(贮存时间可达20年)、大电流输出能力强(脉冲电流密度可达10A cm^-2)、工作温度范围宽(-60℃～100℃)、可靠性高等优势广泛应用于国防军事及民用领域。目前，轻量化和小型化是热电池的一大发展趋势，开发高比容量的热电池电极材料成为研究的热点。

在现有的热电池产品中，LiB合金是一种非常有前景的负极材料，相对于传统的Li-Si合金和Li-Al合金负极，LiB合金的比容量更高，功率特性更强，更有利于制备高能量密度和高功率密度热电池。然而，LiB合金热机械性能较差，在高温和复杂力学环境下存在发生金属锂溢流的风险。液态金属锂的流出可能造成电池内短路，进而引发电池热失控。由于LiB合金的热机械性能与金属锂含量(LiB合金中金属锂含量决定着比容量)密切相关，通常金属锂含量越高，热机械性能越差。所以，LiB合金比容量的提升往往面临熔融金属锂更容易溢流的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种LiB电极材料及其制备方法和应用，以解决LiB合金作为电极材料容易溢流的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种LiB电极材料，包括LiB合金基底以及附着于LiB合金基底表面的防溢流层；防溢流层由纳米材料或骨架材料和纳米材料的混合物制得。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，防溢流层的厚度为0.005mm～0.2mm。

进一步，纳米材料为零维纳米材料、一维纳米材料和二维纳米材料中至少一种。

进一步，纳米材料为镍粉、银粉、铁粉、铜粉、金粉、钴粉、碳粉、碳化硅粉、石墨稀、碳纳米管和碳纤维中的至少一种，尺寸为10nm～200μm。

进一步，骨架材料为碳纤维、碳纳米管、纳米银线、纳米金线、纳米镍线、纳米铜线、纳米钴线和纳米碳化硅线中的至少一种，骨架材料的直径为2nm～20μm，长径比＞500。

进一步，防溢流层经过以下步骤制得：

S1：将骨架材料和纳米材料按0～40:200的质量比混合，再将混合物与溶剂按1:2～100的质量比混合，得浆料；

S2：向浆料中加入可溶性金属盐，调节浆料的粘稠度为50～500mPa·S，然后以500～3000r/min搅拌速度搅拌5min～120min；

S3：将经过S2处理后的浆料稀释至粘稠度为1～100mPa·S，然后于-1～0.01MPa下抽滤，得复合薄膜；

S4：用S1中所用溶剂对复合薄膜冲洗3～5次，然后于80～150℃下烘烤30～60min，即得。

进一步，溶剂为乙醇、丙酮或去离子水；可溶性金属盐为LiCl或NaCl。

本发明还提供了一种的LiB电极材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：