[发明专利]一种复合金属锂负极结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种复合金属锂负极结构，包括载体材料层、集流体层、锂片；从锂片向上顺次布置集流体层和载体材料层；所述集流体层为片状的多孔材料。本发明还提出所述复合金属锂负极结构的制备方法。这种复合金属锂负极结构适用于锂硫电池、锂空气电池、可充放金属锂电池等电池体系。首周放电时，锂离子首先穿过带孔集流体和载体材料孔隙到达正极处；充电时，返回的锂离子在载体材料表面还原沉积，经过首周放电充电步骤后便可以在载体材料层处形成“载体材料‑锂”三维复合锂，本发明所述复合金属锂负极结构适用于原位电化学沉积制备三维复合锂负极，方便简单，无需经过二次组装电池。

技术领域

本发明属于能源材料领域，具体涉及一种锂电池的负极材料、及其制备的方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，能源资源短缺、环境污染及全球变暖已逐渐成为必须面对的社会问题。面对当前能源和环境问题备受关注的国际大背景下，革命性的能源技术、节能技术和环境保护技术的综合开发和利用已成为当前的首要课题，研究与开发高性能的电源体系及其材料势在必行。动力电池的能量密度决定了新能源汽车的续航里程。现有的锂离子电池体系已无法达到500Wh/kg以上能量密度的需求，续航里程成为制约新能源汽车推广的重要因素。采用金属锂的新一代动力电池，如锂空气电池、锂硫电池等新体系电池由于负极金属锂具有很高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电化学电位(-3.04Vvs.SHE)，因而具有极高的能量密度，远远高于锂离子电池的能量密度。因此，金属锂负极被认为是下一代高能量密度锂硫、锂空气、可充放金属锂电池的关键负极材料。

但是，在锂金属电池循环中，纯金属锂电极由于反复溶解沉积容易形成不均匀的孔洞和枝晶；目前大部分金属锂电池采用有机电解液，金属锂与有机电解液会发生化学和电化学反应，在界面处产生没有电化学活性的固体电解质膜(SEI)。由于金属锂电极显著的体积变化，界面膜无法稳定覆盖，导致该反应持续发生，电解液持续被消耗，加剧了锂的粉化和内阻增加，使得电池循环性、安全性、倍率特性等性能变差。目前采用金属锂的大容量高能量密度金属锂电池循环稳定性难以超过100次。解决金属锂负极的循环稳定性将是下一代高比能新体系电池实际应用的关键所在。

近两年来，随着高比能电池的需求日益旺盛，物理、化学、工程、纳米技术的进步，金属锂的研究在全球范围内出现了复兴。世界各国都在高度关注金属锂，如美国设立了Battery500课题，日本Rising计划，都将无枝晶金属锂的高效利用作为课题的核心研究内容。国内外最新的研究进展表明，通过能源材料的功能化的设计及优化，有望实现金属锂的无枝晶生长，提高金属锂的利用效率。