本发明涉及电化学材料制造技术领域，具体涉及一种具有超高能量密度的金属锂电池的制备方法。
背景技术：
由于锂离子电池具有能量密度高、重量轻和寿命长等特点，使其在移动设备上面作为电源广受欢迎。1991年索尼公司首次将锂离子电池进行商业化，从此打开了全球范围内锂离子电池材料的研究热潮。但是，就锂离子电池本身的能量密度而言，其容量的大小与电极材料种类密切相关。开发高容量的电极材料一直是全球范围内锂离子电池工作者的核心工作之一。当前锂离子电池市场主要采用磷酸铁锂和三元材料为正极，以石墨材料为负极，电池单体的能量密度在130-180wh/kg的范围之间。在2020年的国家远景规划中指出，锂离子电池能量密度达到300wh/kg。因此设计并制备高能量密度锂离子电池具有非常大的市场竞争力，超高能量密度的电池体系将在未来几年的锂离子电池市场供不应求。
石墨是当前广泛应用于锂离子电池的负极材料，由于其仅有372mah/g的理论容量，从而制约了电池的能量密度。金属锂负极材料具有非常诱人的应用前景，因为其理论容量密度达到3650mah/g，是传统石墨电极理论容量的10倍，是建立高能量密度的锂离子电池系统最佳备选材料之一。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种具有超高能量密度的金属锂电池的制备方法，采用无锂正极材料五氧化二钒，将金属锂粉引入石墨负极电极片，组成具有超高能量密度的五氧化二钒-金属锂粉/石墨电池，且具有工艺简单、易于放大化生产等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有超高能量密度的金属锂电池的制备方法，包括如下步骤：
1)制备表面涂布有金属锂粉层的负极金属锂粉/石墨电极片、五氧化二钒正极片；
2)以celgard聚合物薄膜作为隔膜材料，以含有六氟磷酸锂的有机溶剂为电解液，将金属锂粉/石墨电极片与五氧化二钒正极片，在含有氩气保护的手套箱中组装成钮扣型锂电池，静置老化；
3)将老化后的锂电池进行首圈放电至1.5v，放电电流为0.05c(20ma/g)；
4)将进行过首圈放电的锂电池采用0.1c(40ma/g)的电流充电至4.0v，即得到能正常工作的产品。
根据以上方案，所述金属锂粉/石墨电极片的制备过程为：采用涂布法将金属锂粉涂布在石墨负极电极片上，并保存在氩气保护的手套箱中60℃下干燥2h，采用冲压机将涂布有金属锂粉层的金属锂粉/石墨电极片冲压成圆片。
根据以上方案，所述五氧化二钒正极片的制备过程为：采用球磨法将五氧化二钒进行球磨，然后采用涂布机将含有五氧化二钒的料浆均匀涂覆在铝片集流体上，120℃下干燥10h，采用冲压机将氧化二钒正极片冲压成圆片。
根据以上方案，所述有机溶剂中六氟磷酸锂的浓度为1mol/l。
根据以上方案，所述有机溶剂的组成为：碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的体积比为3:7，并含有2％体积分数的氯代碳酸乙烯酯。
在本发明的电池体系中，创新性地采用无锂正极材料五氧化二钒，将金属锂粉引入石墨负极电极片，使电池在首圈放电过程中，金属锂粉失去电子被氧化成锂正离子并插入到正极五氧化二钒晶体中。电池在首圈放电之后的充电过程中，锂离子从五氧化二钒晶体中脱嵌并插入到负极石墨层中，最终电池中的锂离子成为电池充放电的载体。
由于该电池体系使用的是金属锂粉/石墨负极片，可以搭配克容量最高的无锂正极进行充放电循环，因此本发明制备的锂离子电池具有超高能量密度。这种策略可实现锂离子电池的能量密度高达260wh/kg，且操作流程简单，有利于大规模产业化生产。
本发明的有益效果是：
1)本发明创新性地采用无锂正极材料五氧化二钒，将金属锂粉引入石墨负极电极片，产品具有超高能量密度，可达260wh/kg；
2)本发明将金属锂粉引入负极，因而可以按照实际需求，灵活地搭配多种高容量正极材料；
3)本发明工艺简单、易于放大化生产、具有大规模应用的潜力。
附图说明
图1是本发明实施例1锂电池的首圈充放电曲线图。
图2是本发明实施例1锂电池的长循环性能曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1，见图1至图2：
本发明提供一种具有超高能量密度的金属锂电池的制备方法，包括如下步骤：
1)采用涂布法将金属锂粉涂布在石墨负极电极片上，并保存在氩气保护的手套箱中60℃下干燥2h，采用冲压机将涂布有金属锂粉层的金属锂粉/石墨电极片冲压成直径为14mm的圆片；采用球磨法将五氧化二钒进行球磨，然后采用涂布机将含有五氧化二钒的料浆均匀涂覆在铝片集流体上，120℃下干燥10h，采用冲压机将氧化二钒正极片冲压成直径为14mm的圆片；
2)以celgard聚合物薄膜作为隔膜材料，以含有1mol/l的六氟磷酸锂的有机溶剂(碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯＝3:7，并含有2％体积分数的氯代碳酸乙烯酯)为电解液，将金属锂粉/石墨电极片与五氧化二钒正极片，在含有氩气保护的手套箱中组装成钮扣型锂电池(2025型号)，静置老化24h；
3)将老化后的锂电池进行首圈放电至1.5v，放电电流为0.05c(20ma/g)；
4)将进行过首圈放电的锂电池采用0.1c(40ma/g)的电流充电至4.0v，即得到能正常工作的产品。
本实施例锂电池的首圈放电曲线如图1所示，长时间循环性能曲线如图2所示。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。