基于复合锂金属负极的锂离子电池的制作方法

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种基于复合锂金属负极的锂离子电池。

背景技术：

消费电子领域、储能领域和新能源汽车领域对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求，具有高能量密度兼具良好安全性能的锂离子电池的需求及其迫切。

目前，金属锂被业内认为是高能量密度电池的最终解决方案，为满足高能量密度动力电池安全性的要求，高能量密度锂离子电池被业界广泛看好，金属锂的理论比容量高，作为锂离子电池的负极具有天然的优势。

循环过程中，金属锂负极溶解、生长，造成本体体积改变，容易造成锂金属粉化或产生锂枝晶，进而影响库伦效率和循环性能。另外，由于金属锂具有很高的活性，在传统液态电解液中很难形成稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，从而造成金属锂负极的循环效率降低。而在固态电池中，活性物质与固态电解质的界面接触较差，且在工作过程中，容易遭到破坏，所以低界面锂离子传输阻抗的复合锂金属负极是全固态电池的一个关键的研究方向。

对于高能量密度电池正极，如硫正极的比容量高达1675mAh/g，但诸如此类正极，缺点明显：锂的多硫化合物溶于电解液，多硫化合物与锂金属负极反应，易造成穿梭效应，导致活性物质损失，影响循环性能。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其具有独立支撑的网络结构，防止负极锂金属粉化，维持工作过程中的结构稳定性，防止形变，同时可以有效改善锂金属负极使用效率，避免锂枝晶的产生，同时，在全固态电池的应用中，可以降低界面锂离子传输阻抗，在锂硫电池中，保护负极表面活性位点，抑制穿梭效应。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于复合锂金属负极的锂离子电池，应用于液态锂离子电池中，可以改善锂金属负极使用效率，抑制穿梭效应，防止负极锂金属粉化，避免锂枝晶的产生；另外，应用于全固态电池中，除上述优点外，还可降低界面锂离子传输阻抗。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现一种基于复合锂金属负极的锂离子电池，其特征是：包括锂离子电池结构和复合锂金属负极，所述复合锂金属负极采用通过原位压制构成无穿透孔网络结构的复合锂金属负极，所述复合锂金属负极由锂金属丝编织构成网状的复合锂金属负极的主体结构，复合锂金属负极的主体结构的外表面包覆有保护层，保护层构成非穿透孔的复合锂金属负极支撑结构。

所述复合锂金属负极片主体结构的厚度为10‐4000微米。

所述锂金属丝直径为10微米‐2000微米。

所述锂金属网的编织结构为二维结构或三维结构。

所述锂金属网的编织结构为经纬网络结构、菱形网络结构或赫格利斯结构的二维结构，或三维四向结构、三维五向结构的三维结构。

所述保护层的材料采用Li3N型、LiPON或LiNbO3的一种或两种以上的组合，保护层材料的剪切模量大于锂金属的剪切模量；保护层厚度为10纳米-100微米。

所述正极与复合锂金属负极之间通过弯曲环绕的隔膜相隔构成叠片式复合锂金属箔的液态锂离子电池极组。

所述复合锂金属负极上下表面设有固态电解质膜片，并加在两片正极之间，多层正极、固态电解质膜片及固态电解质膜片构成叠片式复合锂金属箔的固态锂离子电池极组。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型使用的复合锂金属，在锂丝网络结构表面包覆上保护层后，采用原位的压制方法，将复合锂金属网通过碾压形成复合锂金属负极，应用于基于锂金属为负极的电池体系，锂负极的保护层可导通锂离子，在充放电过程中，锂金属保护层作为支撑结构，降低锂金属的界面阻抗，同时防止锂金属粉化和避免锂枝晶的产生。有益于改善基于锂金属负极的电池结构形变。另外，原位编制和包覆的制备方法，简化了复合锂金属箔的制作流程，规避了过程失效风险，有助于复合锂金属负极的大规模生产和应用。

附图说明

图1是基于复合锂金属箔的液态锂离子电池极组结构示意图；

图2是基于复合锂金属箔的固态锂离子电池极组结构示意图；

图3是复合锂金属负极片的结构示意图。

图中：1、复合锂金属箔，2、保护层，3、正极，4、负极，5、隔膜，6、极耳，7、固态电解质膜片。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式详述如下：详见附图，本实施例提供了一种基于复合锂金属负极的锂离子电池，包括正极3、负极4及极耳6，负极采用复合锂金属箔1结构，为防止负极片粉化引起结构坍塌，锂片主体结构的外表面包覆有保护层2，在锂电池充放电过程中，保护层作为锂金属负极支撑结构，同时兼具保护作用。所述复合锂金属负极的厚度为10-4000微米。所述锂金属丝直径为10微米‐2000微米。所述锂金属网的编织结构为二维结构或三维结构。所述锂金属网的编织结构为经纬网络结构、菱形网络结构或赫格利斯结构的二维结构，或三维四向结构、三维五向结构的三维结构。所述保护层的材料采用Li3N型、LiPON或LiNbO3的一种或两种以上的组合，保护层材料的剪切模量大于锂金属的剪切模量；保护层厚度为10纳米-100微米。锂网的保护层可导通锂离子，在充放电过程中，锂金属保护层作为支撑结构，降低了锂金属的界面阻抗，同时防止锂金属粉化和避免锂枝晶的产生。

编织锂网的单元锂丝为单根锂丝或两根及两根以上锂丝的组合

锂离子电池体系，包括液态锂离子电池体系和固态锂离子电池体系，从化学体系上分，既包括基于常规正极的锂离子电池体系，也包括锂硫电池体系。

实施例1

详见附图1，所述正极与复合锂金属负极之间通过弯曲环绕的隔膜5相隔构成叠片式复合锂金属箔的液态锂离子电池极组。

一种使用复合锂金属箔片作负极的锂离子电池的制备方法，步骤如下：

(1)首先选取直径为300微米的锂丝，采用磁控溅射的方法，以Li3PO4为靶材，在N2氛围中对锂丝进行LiPON包覆。

(2)以两根锂丝为编织单元，调整复合锂丝间距为50微米，采用二维结构中的赫格利斯结构将所选复合锂丝编织为复合锂网。

(3)将上述制备的复合锂网压制为复合锂片，该复合锂片厚度为150微米。

(4)对复合锂金属负极4进行制片：按照叠片电池(445162型号)常规制作工艺，对极片冲片，焊极耳，备用。

(5)基于复合锂金属负极的锂离子电池的制备。按照锂离子叠片电池(445162型号)的常规制备工艺流程，准备锂离子电池正极3极片、隔膜5、极耳6、电池壳、电解液等，对电池进行叠片，得锂离子电池叠片极组(如图2)，并进行电池装配，最终得到叠片锂离子电池(445162型号)。

实施例2

所述复合锂金属负极上下表面设有固态电解质膜片7，并加在两片正极之间，多层正极、固态电解质膜片及固态电解质膜片构成叠片式复合锂金属箔的固态锂离子电池极组。

详见附图2，一种使用复合锂金属箔片作负极的锂离子电池的制备方法，步骤如下：

(1)首先选取直径为400微米的锂丝，采用磁控溅射的方法，以Li3PO4为靶材，在N2氛围中对锂丝进行LiPON包覆。

(2)以两根锂丝为编织单元，调整复合锂丝间距为100微米，采用二维结构中的赫格利斯结构将所选复合锂丝编织为复合锂网。

(3)将上述制备的复合锂网压制为复合锂片，该复合锂片厚度为200微米。

(4)对复合锂金属负极进行制片：按照叠片电池(445162型号)常规制作工艺，对极片冲片，焊极耳，备用。

(5)基于复合锂金属负极的固态锂离子电池的制备。按照锂离子叠片电池(445162型号)的常规制备工艺流程，准备固态锂离子电池正极3、极耳6、电池壳、固态电解质7等，对电池进行组装，得全固态锂离子电池极组(如图3)，并完成装配等后序工艺流程，最终得到固态锂离子电池(445162型号)。

上述参照实施例对该一种基于复合锂金属负极的锂离子电池进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属本实用新型的保护范围之内。