专利名称：金属锂复合结构锂离子电池负极的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池，具体地说涉及一种金属锂复合结构锂离子电池负极。
背景技术：
目前生产用的锂离子负极材料一般为石墨球。虽然研究开发了很多非石墨负极材料，但工作原理相同，即插锂/脱锂，具有代表性的是锡基、硅基、铝锂合金等材料。在这些负极材料中，石墨的锂离子传输效率最高，但容量低；其它材料容量高，但锂离子传输效率较低。然而，即使是石墨球，由于其插锂/脱锂的工作方式，对锂离子传输仍然有阻碍，即大电流性能仍然有限。金属锂有极高的容量(质量比容量是石墨理论值的10倍多)和极高的锂离子传输效率(锂离子直接长在锂晶粒外部，传输无任何阻力)、无衰退等优点，但多次循环后，会形成较长的枝晶，可刺穿离子膜(聚氯乙烯夹聚乙烯)，使电池内部短路，造成安全隐患。虽然有人用石墨球与金属锂颗粒混合做负极，与Li033V0266及无锂氧化物、硫化物等正极材料相配和。但在这种情形下，金属锂仍然会长成较长枝晶刺穿离子膜。而且由于金属锂不仅化学性质极活泼，在粉化处理过程中极易发生氧化，使金属锂失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种能够防止离子膜被锂枝晶刺穿，更加充分地发挥金属锂电化学优势性能的金属锂复合结构锂离子电池负极。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于采用金属锂作为锂离子电池负极核心材料，在金属锂与离子膜相对的外表面包覆有阻隔锂枝晶朝阻隔层方向长大、防止刺穿离子膜作用的阻隔层，在阻隔层中设有能导通电解液的孔洞。这种阻隔层能够阻止锂枝晶朝阻隔层方向长大，从而保护阻隔层背面的离子膜，避免被锂枝晶刺穿。阻隔层中的孔洞可引导电解液流向金属锂，保证电化学过程不受影响。优选地，所述阻隔层为带孔薄片。进一步说，所述带孔薄片的孔洞直径为10-100微米。优选地，所述带孔薄片的孔洞中填充粉体材料，粉体材料颗粒之间有贯通的微孔或缝隙，形成弯曲孔洞，既导通电解液，又防止锂枝晶穿过阻隔层，然后刺穿离子膜。进一步说，所述粉体材料颗粒的粒径小于阻隔层孔洞直径的三分之一。优选地，所述阻隔层为带孔薄片，其长宽尺寸大于金属锂长宽尺寸，金属锂两面被阻隔层夹在中间，两面阻隔层的边缘相连，与金属锂一起，组成一整体负极结构。较佳地，所述阻隔层的厚度为5-100微米。优选地，所述阻隔层为薄片，表面的长宽尺寸大于金属锂表面长宽尺寸，用两片阻隔层包住金属锂，两片阻隔层边缘相连，所述阻隔层的孔洞是在与金属锂与阻隔层组合后一起在冲孔机上冲孔加工而成。较佳地，所述阻隔层的厚度为10-100微米。
优选地，利用厚度大于20微米、目数大于400目的网，作为阻隔层，两片阻隔层夹住金属锂片，构成负极。本发明具有如下特点1)金属锂为锂离子电池负极核心材料。2)为克服金属锂作为锂离子电池负极的缺陷(枝晶刺穿离子膜、造成短路)，采用在金属锂外包覆阻隔锂枝晶长大的阻隔层，阻隔层具有阻止锂枝晶朝阻隔层方向长大、保护其背面的离子膜不被刺穿的功能。3)阻隔层结构中设有能够被电解液渗透、穿过的孔洞，使金属锂表面被电解液浸润。4)能够更加充分地发挥金属锂的大电流、大容量、高可逆、长循环寿命等电化学优势性能。5)本发明所述的负极即可单面使用，也可双面使用。单面使用为一层正极，一层负极；双面使用为一层负极，两层正极，可最大限度提高锂离子电池的容量密度。
图1是实施例1所述负极立体图；图2是图1的横截面图；图3是阻隔层中孔洞局部放大图；图4是图3的横截面图；图5是实施例2剖面图；图6是本发明与两层正极配合使用状态图。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作详细描述，以便本领域技术人员的理解。实施例1 参见图1至图4。本实施例涉及一种金属锂复合结构锂离子电池负极， 采用片状金属锂1作为锂离子电池负极核心材料。在金属锂1与离子膜5之间设置阻隔层 2，阻隔层包裹金属锂，以阻止锂枝晶沿垂直于阻隔层方向长大。所述阻隔层2采用20 600目的铜网，也可以采用其他硬质材料网，优选200-500目。该网用碳黑或其它粉体材料加少量粘结剂和溶剂，调制成糊状，在硬质材料网上涂挂一层，渗入网孔(要保证每个孔都被填充)。所述粉体材料颗粒3的粒径小于网孔直径的三分之一，这样才能使粉体材料填充到网孔中。将上述制成的网晾、烘干后，取样检测网平放于一玻璃器皿之上，在网上滴电解液，放置1-5小时，观察电解液是否渗透到网的另一面。若渗透，则合格。最后，在干燥室内， 用两层这种网夹一层金属锂片材(厚度要保证两层正极容量之需，还要多50%)，两层网边缘连接(焊接)在一起。网的长宽尺寸大于金属锂片材长、宽尺寸，以利于保护。实施例2 参见图5。本实施例金属锂1为片状材料，阻隔层2为铜片，铜片厚度大于10微米，其长宽尺寸大于金属锂片材长宽尺寸。用两片铜包住金属锂片材，其边缘连接在一起，然后一起在冲孔机上冲孔4，即成负极。也可以在铜片的一面溅射一层锂后，一起在冲孔机上冲孔4，孔径尽可能小一些。
实施例3 本实施例金属锂1为片状材料，阻隔层2为大于400目的网，厚度大于 20微米，直接将两层网包一层金属锂片，也可成负极。图略。按照上述实施例制成的负极，使用时可与两层正极6配合，参见图6，可以充分地利用负极核心——金属锂片的高容量，而且在提高整个电池容量的同时，也改善了电池的大电流性能(完全取决于正极，负极没有影响)。若正极锂充不出或充出很少(如氧化物或硫化物)，则阻隔层与金属锂片可贴紧；若正极充出锂(如锰酸锂或磷酸亚铁锂)，则金属锂片要薄，且阻隔层与金属锂片间留一定间隙。阻隔锂枝晶效果实施例1方案最佳，实施例2方案次之，实施例3方案再次之(因为枝晶长大填满了网孔，形成了粘结)。相同正极6条件下，容量提高效果实施例方案和实施例2方案的电池容量提高超过50% ；实施例3方案电池容量提高40%左右。三个实施例方案大电流性能都很佳。综上所述，本发明能够防止离子膜5被锂枝晶刺穿，更加充分地发挥金属锂电化学优势性能。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但本领域普通技术人员还可以对其作出不偏离中心思想的修改，如采用块状或条状等其他形状的金属锂，这些修改都属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权利要求书为准。
权利要求
1.金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于采用金属锂作为锂离子电池负极核心材料，在金属锂与离子膜相对的外表面包覆有阻隔锂枝晶朝阻隔层方向长大、防止刺穿离子膜作用的阻隔层，在阻隔层中设有能导通电解液的孔洞。
2.根据权利要求1所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述阻隔层为带孔薄片。
3.根据权利要求2所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述带孔薄片的孔洞直径为10-100微米。
4.根据权利要求2所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述带孔薄片的孔洞中填充粉体材料，粉体材料颗粒之间有贯通的微孔或缝隙。
5.根据权利要求4所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述粉体材料颗粒的粒径小于阻隔层孔洞直径的三分之
6.根据权利要求1至5中至少一项权利要求所述的金属锂复合结构锂离子电池负极， 其特征在于，所述阻隔层为带孔薄片，其长宽尺寸大于金属锂长宽尺寸，金属锂两面被阻隔层夹在中间，两面阻隔层的边缘相连，与金属锂一起，组成一整体负极结构。
7.根据权利要求6所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述阻隔层的厚度为5-100微米。
8.根据权利要求1所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述阻隔层为薄片，表面的长宽尺寸大于金属锂表面长宽尺寸，用两片阻隔层包住金属锂，两片阻隔层边缘相连，所述阻隔层的孔洞是在与金属锂与阻隔层组合后一起在冲孔机上冲孔加工而成。
9.根据权利要求8所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，所述阻隔层的厚度为10-100微米。
10.根据权利要求1所述的金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于，利用厚度大于20微米、目数大于400目的网，作为阻隔层，两片阻隔层夹住金属锂片，构成负极。
全文摘要
本发明涉及金属锂复合结构锂离子电池负极，其特征在于采用金属锂作为锂离子电池负极核心材料，在金属锂与离子膜相对的外表面包覆有阻隔锂枝晶朝阻隔层方向长大、防止刺穿离子膜作用的阻隔层，在阻隔层中设有能导通电解液的孔洞。本发明能够防止离子膜被锂枝晶刺穿，更加充分地发挥金属锂电化学优势性能。
文档编号H01M4/134GK102263232SQ201110149479
公开日2011年11月30日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者杨新建, 杨毅, 贾志杰, 贾殷秋 申请人:武汉市弘阳科技发展有限公司