[发明专利]锂复合箔材及其制备方法、锂金属电池和锂离子电池

说明书

本公开涉及一种锂复合箔材及其制备方法、锂金属电池和锂离子电池，所述锂复合箔材包括具有空隙的膨胀石墨部和填充在所述空隙中的锂材，其中，所述膨胀石墨部与所述锂材的重量比为(0.01～1)：1。该锂复合箔材性能优异，用途广泛，既可用于预锂化试剂对负极材料进行精确预锂化，也可作为锂金属负极材料使用，显著提升电池的能量密度，延长电池循环寿命和电池保质期。

技术领域

本公开涉及电池制造技术领域，具体地，涉及一种锂复合箔材及其制备方法、锂金属电池和锂离子电池。

背景技术

与日俱增的电动汽车市场使得人们对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，改善负极的容量和首圈库伦效率(ICE)是提高能量密度的有效方法。锂金属具有高理论容量(3860mAhg^-1)和最低还原电位(与标准氢电极相比低3.04V)等优点，是最具前景的锂电池负极材料之一。然而，锂金属负极面临三个严峻挑战：第一，锂金属具有高反应活性，会与电解液持续发生副反应；第二，锂金属负极由于不存在宿主，因此在循环过程中会遭遇巨大的体积变化；第三，锂金属的沉积/溶解过程中会产生枝晶形貌。通过宿主框架材料、人造固体电解质界面和电解液调控等策略，可以显著提高金属锂负极的循环寿命。尽管在电极稳定方面取得了这些进展，但锂金属电池中锂金属箔的厚度过大导致负极容量比正极大大过量，这一问题仍然是该领域尚未解决的关键挑战。

此外，对于传统的石墨和硅基等锂离子电池负极来讲，在首圈充电过程中，电解液中的盐和溶剂分子会在石墨等负极表面还原分解，也会形成一层薄固体电解质界面膜(SEI)，造成来自正极的锂离子被消耗，导致电池首圈库仑效率偏低。通过精确预锂化技术对负极材料进行补锂，能够补偿首圈所消耗的锂量，从而提高电池的能量密度。采用锂箔、锂粉等锂源对负极补锂是如今企业重点开发的预锂化工艺，其中，锂箔补锂工艺由于操作方便，更具应用前景。但是，过厚的锂箔使补锂工艺难以精确控制反应程度，限制了锂金属/锂离子电池的能量密度，还造成不必要的浪费。

现有的基于挤压的锂箔制造技术能够生产厚度几十到几百微米的锂金属箔。更薄的锂箔通常需要在压延过程中使用高分子薄膜和润滑油等材料辅助制造，制备流程复杂且成本较高，不利于工业化。此外，现有的超薄锂箔往往无法抵抗微量水分或氧气等其他杂质成分的腐蚀，长期存储后性能不佳。

发明内容

本公开的目的是提供一种性能优异的超薄锂复合箔材及其制备方法、锂金属电池和锂离子电池。

为了实现上述目的，本公开第一方面，提供一种锂复合箔材，所述锂复合箔材包括具有空隙的膨胀石墨部和填充在所述空隙中的锂材，其中，所述膨胀石墨部与所述锂材的重量比为(0.01～1)：1。

可选地，所述锂复合箔材的厚度为3～80μm。

本公开第二方面，提供制备本公开第一方面所述的锂复合箔材的方法，该方法包括以下步骤：

S1、将膨胀石墨进行第一辊压，得到膨胀石墨膜；

S2、将所述膨胀石墨膜与锂箔叠合后进行第一压薄处理，得到第一压薄处理后的箔材；

S3、将所述第一压薄处理后的箔材进行多次第二辊压和多次第二压薄处理，得到第二压薄处理后的箔材；

S4、将所述第二压薄处理后的箔材进行第三辊压，得到锂复合箔材。

可选地，该方法还包括：将所述膨胀石墨进行预压后，再进行所述第一辊压；

其中，所述预压的条件包括：温度为25～65℃，压力为0.1～200Mpa。

可选地，所述第一辊压的条件包括：温度为25～55℃，压力为0.1～200Mpa，转速为0.2～10rpm/min。

可选地，所述膨胀石墨膜与所述锂箔的重量比为(0.01～1)：1；

所述锂箔的厚度为100～500μm；