[发明专利]一种锂碳复合带及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂碳复合带及其制备方法。锂碳复合带包括基材、位于基材两侧的金属锂过渡层和过渡层外侧的锂碳复合材料层，其中，锂碳复合材料层中碳的质量分数为15％至65％。该锂碳复合带的基材层为锂碳复合带提供高强的拉伸性能，可适应大规模工业化生产；金属锂过渡层使基材层与锂碳复合材料层结合紧密，避免锂碳复合带制造过程中形成鼓泡的问题，并且金属锂过渡层的存在可有效减小锂碳复合带内阻，过渡层中的锂为活性锂，也可参与到电池循环过程中，以弥补锂碳层中金属锂的消耗；锂碳复合材料层中含有碳骨架，不仅可为金属锂的沉积提供预留空间，抑制金属锂循环过程中的体积变化，而且可有效减小电极局部电流密度，防止锂枝晶生成。

本申请是申请日为2023年2月10日、申请号为202310104236.9、发明名称为《一种锂碳复合带及其制备方法》的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于金属锂加工领域，尤其涉及一种锂碳复合带及其制备方法。

背景技术

金属锂作为未来具有极大应用前景的负极材料，一直是锂电池领域研究的热点。而纯金属锂因其在循环过程中具有较大的体积变化以及易产生锂枝晶等问题，而在产业化道路上受阻。

为了克服纯金属锂存在的问题，人们将其他材料与金属锂进行复合，以得到性能更优的复合材料来满足锂电池高能量密度、高循环寿命的需要。其中，廉价而广泛存在的碳材料与金属锂的复合是研究的热点。锂碳复合材料可以解决循环过程中电极的体积变化和抑制锂枝晶生成的作用，但是纯金属锂中加入碳材料之后，尤其是加入高含量的碳材料之后，锂碳材料拉伸强度低，不易加工，也不易附着至集流体基材上。为了提高锂碳材料与集流体基材的结合力，一般采用较大压力的辊压设备来进行复合，但也容易出现鼓泡、集流体与锂碳材料分离的现象，这将导致锂碳材料在电池循环过程中性能的急剧恶化，进而影响电池的循环寿命。

由上可知，确需一种具有高拉伸强度的且锂碳材料紧密结合在基材上的锂碳复合带。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种具有高拉伸强度的且锂碳材料紧密结合在基材上的锂碳复合带，其中在基材层和锂碳材料层之间设置金属锂过渡层，在利用基材层为锂碳复合带提供高强的拉伸性能的同时，通过原位结合的金属锂过渡层避免了基材层与锂碳层不易紧密结合，易形成鼓泡的问题，并且金属锂过渡层的存在可有效减小锂碳复合带内阻，该层中的锂为活性锂，也可参与到电池循环过程中，弥补锂碳材料层中金属锂的消耗。

为达到以上发明目的，本发明的一个方面提供一种锂碳复合带，其包括：

导电性基材，

位于基材两侧的过渡金属锂层，所述金属锂过渡层中的锂为活性锂，和

过渡金属层外侧的锂碳复合材料层，其中，所述锂碳复合材料包括多孔碳质骨架和填充在多孔碳质骨架的孔隙中的金属锂，锂碳复合材料层中碳的质量分数为15％至65％。

在一些实施方式中，所述的基材为金属箔材、有机聚合物膜材、无机材料膜材或者上述材料的复合膜材。

在一些实施方式中，所述的金属箔材为铝、铜、镍、锡、铂、金、银、铁、铅、钛、铟、锌、镁、铍、钨、钠、锑或者它们的组合得到的箔材，如：铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔、冲孔铜箔、编织铜网、不锈钢网等。

在一些实施方式中，所述的有机聚合物膜材为聚烯烃、聚酯或者含有一个或多个氨基、羧基、羟基、亚氨基、卤素、磺酸基、硝酸基、巯基、苯基、氰基的改性聚合物制备的膜材，如聚乙烯膜材、聚丙烯膜材、聚丙烯腈膜材、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材以及带孔的上述膜材等。

在一些实施方式中，所述的无机材料膜材包括无机碳材料、金属氧化物、金属卤化物、金属氮化物、金属硫化物、金属盐类或者它们的组合得到的膜材，如碳纤维膜、石墨烯膜材、碳纳米管膜材、巴基纸等。