专利名称：：一种非水电解质金属锂电池及其制备方法
技术领域：
：本发明属于锂电池
技术领域：
，特别是涉及一种非水电解质金属锂电池及其制备方法。
背景技术：
：目前，金属锂具有最高的比容量(3.85Ah/g)和低电位，而成为高能电池的负极材料，同时，采用金属锂负极的锂原电池可广泛应用于数码产品和电动玩具和通讯设备以及国防领域；而金属锂二次电池则是继锂离子电池之后的新一代高能电池。一般锂原电池和金属锂二次电池均采用金属锂箔作负极活性材料，压制在镍网、铜网或铜箔上，而容量通常大大过量于正极材料，其过剩量通常达3倍以上。这样造成传统锂系列电池的比能量较低，同时由于锂过量较多而影响安全性。作为锂原电池的正极材料通常采用二氧化锰、硫化亚铁、二氧化硫、亚硫酰氯等，即不含锂，这样的电池可以直接放电；锂离子电池的正极材料采用钴酸锂等具有层状结构的过渡金属氧化物，以及尖晶石锰酸锂或橄榄石磷酸铁锂等，这样的锂离子正极材料其锂源在正极。
发明内容本发明为解决公知技术中存在的技术问题，而提供一种非水电解质金属锂电池及其制备方法。本发明的目的之一是提供一种结构简单、安全性高、便于储存、高比能量的非水电解质金属锂电池。本非水电解质金属锂电池发明采取的技术方案是—种非水电解质金属锂电池，包含正极、负极和非水电解质，其特点是负极为与锂不形成合金的金属箔，正极有嵌锂活性材料。本发明非水电解质金属锂电池还可以采用如下技术措施所述的非水电解质金属锂电池，其特点是负极表面有锂离子固体电解质膜。所述的非水电解质金属锂电池，其特点是固体电解质膜是玻璃态LiP0N。所述的非水电解质金属锂电池，其特点是嵌锂活性材料是具有层状结构的氧化镍钴锰锂、氧化镍钴锂、氧化钴锂，具有尖晶石结构的氧化锰锂、氧化镍锰锂或具有橄榄石结构的磷酸铁锂等，以及上述锂嵌入化合物的混合物或衍生物。所述的非水电解质金属锂电池，其特点是金属箔是铜箔、镍箔、钛箔或不锈钢箔。本发明的目的之二是提供一种工艺过程简单、安全性高、锂利用率高、循环性能好的非水电解质金属锂电池的制备方法。本发明非水电解质金属锂电池的制备方法采取的技术方案是非水电解质金属锂电池的制备方法，其特征是制备方法包括以下步骤步骤1:将洁净的金属箔用夹具固定好或巻绕成巻，在氮等离子气氛中，采用磁控溅射法制备LiPON锂离子固体电解质保护膜；3步骤2:把表面带有LiPON膜的金属箔与锂离子电池正极材料及隔膜巻绕或叠片制成电芯；步骤3:注入非水电解质溶液；步骤4:进行充电，形成非水电解质金属锂电池。本发明非水电解质金属锂电池的制备方法还可以采用如下技术措施所述的非水电解质金属锂电池的制备方法，其特点是进行充电后，再反复充放电即得到非水电解质金属锂二次电池。本发明具有的优点和积极效果非水电解质金属锂电池及其制备方法采用本发明全新的技术方案，采用锂惰性的金属箔等作为负极，正极采用锂离子嵌入式正极材料。上述组合构成一种放电态锂电池，非常安全而其便于长期储存，需要工作时，在负极上先进行充电-电沉积锂，而具有活性。这样的金属锂电池的负极锂完全来自正极，锂不过量而可以具有比传统锂电池高的比能量。同时其反复使用时即构成锂二次电池。而且本发明中又进一步提出了锂离子固体电解质膜保护的负极而使得其电沉积锂时，更不易于形成锂枝晶，从而提高安全性、锂的利用效率和循环性能。具体实施例方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下本实施例例举了LiNi1/3Co1/3Mn1/302/Cu组合，电解液为1.0mol/L的LiPF6/EC+DEC+DMC(体积比1:1:1)。但本发明不仅限于此，正极可以是氧化钴锂、锰尖晶石、磷酸铁锂等其它锂离子嵌入材料、以及上述锂嵌入化合物的混合物或衍生物；负极可以是镍箔、钛箔和不锈钢箔等；电解液可以是其它电解质盐、溶剂的有机电解液，也可以是聚合物电解质和离子液体等其它非水电解质。实施例1非水电解质金属锂电池，包含正极、负极和非水电解质，其负极为与锂不形成合金的铜箔，铜箔表面有玻璃态LiPON固体电解质膜。正极有嵌锂活性材料氧化镍钴锰锂。实施例2非水电解质金属锂电池的制备方法包括以下步骤首先将铜箔表面依次用乙醇和丙酮清洗干净，干燥；步骤1:把铜箔用夹具固定在样品台上，在氮等离子气氛中，采用磁控溅射法制备LiPON锂离子固体电解质保护膜；步骤2:把表面带有LiPON膜的金属箔与锂离子电池正极材料及隔膜巻绕或叠片制成电芯；步骤3:注入非水电解质溶液；步骤4:进行充电，形成非水电解质金属锂电池。再反复充放电即得到非水电解质金属锂二次电池。本实施例具体的操作控制及制备过程1.LiP0N膜保护负极的制备将铜箔在乙醇溶液中超声波洗涤5分钟，再用丙酮漂洗，自然干燥。然后把铜箔放入射频磁控溅射台中固定，在氮气分压在0.5Pa条件下，采用压制烧结的Li3P04靶材在靶功率为2W/cm2条件下进行溅射16小时，形成厚度约为300nm的LiPON膜保护的铜箔。剪成10cmX8cm(—侧留有lcmXO.5cm焊接极耳的位置)的电池用电极，同时冲出直径2cm的样片供测试。LiPON膜致密无针孔。此样片与隔膜和锂对电极被装成2430型扣式电池，先电沉积10mAh的锂，然后以lmA电流进行充放电试验，其循环效率在98%以上，非常稳定。2.正极的制备称取LiNi1/3Co1/3Mn1/302(三元)正极活性材料、粘合剂和导电齐U，按92wt%的正极活性材料混合物、聚偏二氟乙烯(PVdF)粘接剂的N-甲基-2-比咯烷酮(NMP)溶液并使PVdF的含量为5wt^，作为导电材料的3wt^乙炔黑，混合形成正极混合物，向混合物中加入NMP用搅拌机制备出糊状物，然后将此糊状物均匀地涂到厚度为20iim铝箔上，再经干燥、辊压而制得正极板。涂敷重量为42mg/cm2。切成面积为9.8cmX7.8cm的极片备用。3.电池制备将正极6片与25微米的微孔聚乙烯隔膜、上述1的锂电极7片装配成测试电池，真空减压注入电解液(含有1%VC的lmol/LLiPF6的EC+DEC+DMC(1:1:1)溶液)制成软包装电池，封口后供电化学测试。4.充放电测试充电在0.1倍率下进行，充电至4.3V恒压2小时，然后以0.2C倍率放电至2.5V。计算放电容量和能量密度。结果列于表l中。5.内阻变化率满充电后的电池，用苏立强交流阻抗仪测试内阻的变化率(lkHz)并记录在表1中。其中阻抗变化率用放置后的阻抗与初始阻抗相比较，并记录周变化率，取四周的平均值。阻抗变化率=(Z-Z。)/Z。*100，式中Z为放置后的阻抗，Z。为初始阻抗。实施例3负极材料仅采用铜箔，无LiPON膜，其余与实施例2相同，放电容量和能量密度记录在表1中。对比例1负极用50微米金属锂箔压制在铜网两侧作为负极，其余与实施例2相同，重复以上试验，结果记录在表1中。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从以上的结果可知采用铜箔或LiPON保护负极的锂电池的比能量远远高于传统锂电池。充放电稳定效率顺序为LiPON/Cu的电池>Cu的电池>Li箔的电池，而且LiPON/Cu电池的稳定性好与传统锂箔负极的电池。而LiPON/Cu在提高比能量、稳定性效果最好。权利要求一种非水电解质金属锂电池，包含正极、负极和非水电解质，其特征是负极为与锂不形成合金的金属箔，正极有嵌锂活性材料。2.根据权利要求1所述的非水电解质金属锂电池，其特征是负极表面有锂离子固体电解质膜。3.根据权利要求2所述的非水电解质金属锂电池，其特征是固体电解质膜是玻璃态LiP0N。4.根据权利要求1所述的非水电解质金属锂电池，其特征是嵌锂活性材料是具有层状结构的氧化镍钴锰锂、氧化镍钴锂、氧化钴锂，具有尖晶石结构的氧化锰锂、氧化镍锰锂或具有橄榄石结构的磷酸铁锂，以及上述锂嵌入化合物的混合物或衍生物。5.根据权利要求1所述的非水电解质金属锂电池，其特征是金属箔是铜箔、镍箔、钛箔或不锈钢箔。6.根据权利要求1所述的非水电解质金属锂电池的制备方法，其特征是制备方法包括以下步骤步骤1:将洁净的金属箔用夹具固定好或巻绕成巻，在氮等离子气氛中，采用磁控溅射法制备LiP0N锂离子固体电解质保护膜；步骤2:把表面带有LiP0N膜的金属箔与含有嵌锂活性材料的正极及隔膜巻绕或叠片制成电芯；步骤3:注入非水电解质溶液；步骤4:进行充电，形成非水电解质金属锂电池。7.根据权利要求6所述的非水电解质金属锂电池的制备方法，其特征是进行充电后，再反复充放电即得到非水电解质金属锂二次电池。全文摘要本发明涉及一种非水电解质金属锂电池及其制备方法。本发明属于锂电池
技术领域：
。一种非水电解质金属锂电池，包含正极、负极和非水电解质，其特点是负极为与锂不形成合金的金属箔，正极有嵌锂活性材料。非水电解质金属锂电池的制备方法，包括以下步骤将洁净的与锂不形成合金的金属箔用夹具固定好或卷绕成卷，在氮等离子气氛中，采用磁控溅射法制备LiPON锂离子固体电解质保护膜；把表面带有LiPON膜的金属箔与锂离子电池正极材料及隔膜卷绕或叠片制成电芯；注入非水电解质溶液；进行充电，形成非水电解质金属锂电池。本发明结构简单、便于储存、高比能量，工艺合理、安全性高、锂利用效率高和循环性能好。文档编号H01M4/58GK101752610SQ20081015421公开日2010年6月23日申请日期2008年12月18日优先权日2008年12月18日发明者丁飞,刘兴江,张晶申请人:中国电子科技集团公司第十八研究所