本实用新型明涉及锂电池领域，具体涉及一种新型锂金属电池。
背景技术：
：：锂电池被广泛用于电动汽车以及便携式电子设备。然而，现在商业化的锂离子电池，由于其本身电极材料的限制，已经难以满足当今社会对电池能量密度日益增长的需求。锂金属电池由于其极高的理论比容量(3860mAhg-1)，是理想的下一代锂电池。然而，锂金属电池的循环稳定性差以及安全问题，限制了锂金属电池的应用。导致这些问题的根本原因在于不均匀的锂沉积以及锂枝晶的生长。在重复的充放电循环过程中，锂金属表面会产生锂枝晶，锂枝晶的生长会刺穿聚合物隔膜，导致电池短路，产生安全隐患。除此之外，锂金属负极还会产生体积膨胀，增加电池内部应力，减短电池寿命。电解液添加剂、人工固态电解质界面膜、固态电解质以及亲锂的载体被用来解决上述存在的问题。这些方式可以部分解决上述问题，但是制备过程繁琐，成本较高，不利于商业化生产。除上述改性方法外，三维镍骨架也被用来抑制锂枝晶的生长，因为其较大的比表面积，可以有效地减小局部电流，抑制锂枝晶生长(Chiet.al.,Prestoringlithiumintostable3Dnickelfoamhostasdendrite-freelithiummetalanode，Adv.Funct.Mater.2017,27,1700348)。除此之外，还原氧化石墨烯也被用作锂沉积的载体，抑制锂枝晶的生长(Linet.al.,Layeredreducedgrapheneoxidewithnanoscaleinterlayergapsasastablehostforlithiummetalanodes)。但是，上述载体材料都是电子导体，锂离子沉积时，更倾向于沉积于载体表面，难以完全发挥三维载体的作用，彻底抑制锂枝晶的生长。技术实现要素：本实用新型提供了一种锂金属电池，通过在负极极片的集流体上紧密贴合了内部充满有锂金属填充体的聚三聚氰胺泡沫缓冲层，有效抑制了锂枝晶的生长，显著提高锂金属电池的安全性、库仑效率与循环性能。具体技术方案如下：一种新型锂金属电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；所述负极极片包括集流体和与所述集流体紧密贴合的聚三聚氰胺泡沫缓冲层；所述聚三聚氰胺泡沫缓冲层内填充有与其三维骨架结构相匹配的锂金属填充体；所述集流体背向聚三聚氰胺泡沫缓冲层的一侧与所述隔膜紧密贴合。所述负极极片的制备，具体采用如下工艺：将一定厚度的聚三聚氰胺泡沫缓冲层紧密贴合在集流体上，以金属锂为对电极，共同置于电解液中，在工作电流密度下通过电沉积的方法制备得到。所述聚三聚氰胺泡沫包括三维网状交联的骨架结构以及由三维网状交联的骨架结构围成的大量泡沫腔，其化学结构中有大量的含氮基团。在上述的沉积过程中，其化学结构中的含氮基团与锂离子产生相互作用，在巨大的结合能的作用下，可以有效地均一化锂离子流，实现平稳锂沉积，抑制锂枝晶的生长。除此之外，其三维网状交联的骨架结构可以为锂沉积提供载体，抑制体积膨胀，缓解电池内部应力。在外电路电流作用下，锂离子运动至集流体表面，并从集流体表面得到电子，转换为金属锂。因此，金属锂自集流体与聚三聚氰胺泡沫缓冲层的接触面开始，自下而上逐步沉积，直至将聚三聚氰胺泡沫缓冲层内的所有泡沫腔填满，从而形成与聚三聚氰胺泡沫缓冲层内三维骨架结构相匹配的锂金属填充体。作为优选，所述聚三聚氰胺泡沫缓冲层的厚度为150～250μm。进一步优选，所述聚三聚氰胺泡沫缓冲层的孔隙率为50～95％。作为优选，所述集流体选自铜箔、镍箔、铝箔、银箔或金箔；进一步优选，所述集流体选自铜箔，厚度为0.05～1mm。经试验发现，采用上述原料，经上述电沉积工艺获得的负极极片，经组装后得到的锂离子金属电池，具有极高的库伦效率和极佳的安全性及循环寿命。作为优选，所述正极极片包括集流体和正极活性组分。进一步优选：所述集流体选自铜箔、镍箔、铝箔、银箔或金箔；所述正极极片和负极极片所采用的集流体的材质，两者的选择具有独立性，可以相同，也可以不同。所述正极活性组分选自钛酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂。作为优选，所述锂金属电池还包括电解液，所述电解液吸附于所述隔膜内形成电解液层。作为优选，所述锂金属电池还包括由正极壳和负极壳组成的壳体。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：本实用新型通过在负极极片的集流体上紧密贴合聚三聚氰胺泡沫缓冲层，并采用电沉积工艺在集流体与聚三聚氰胺泡沫缓冲层的接触面上自下而上逐步沉积，直至将聚三聚氰胺泡沫缓冲层内的所有泡沫腔填满锂金属填充体。该负极极片的结构有效抑制了锂枝晶的生长，显著提高锂金属电池的安全性、库仑效率与循环性能。附图说明图1为本实用新型的锂金属电池的结构示意图：图2为实施例中锂金属负极片制备过程中锂金属沉积示意图；图3为实施例组装的锂金属电池的电化学性能；图4为实施例组装的锂金属电池经20次电性能循环测试后，负极极片的SEM图；图中，1-正极壳，2-正极极片，3-隔膜，4-充满锂金属填充体的聚三聚氰胺泡沫缓冲层，5-集流体，6-负极壳；41-聚三聚氰胺泡沫的三维骨架结构，42-锂金属填充体。具体实施方式以下的实施例将对本实用新型进行更为全面的描述。实施例本实用新型的锂金属电池包括负极极片、正极极片2和隔膜3。负极极片包括集流体，材质为铜箔，厚度为0.2mm；集流体5的一侧放置有厚度为200μm、孔隙率为85～95％的聚三聚氰胺泡沫缓冲层4，该聚三聚氰胺泡沫缓冲层4与集流体5紧密贴合；集流体5的另外一侧，即背离聚三聚氰胺泡沫缓冲层4的一侧与隔膜3紧密贴合。聚三聚氰胺泡沫缓冲层4内有大量泡沫腔，经电沉积工艺，金属锂自集流体5与聚三聚氰胺泡沫缓冲层4的接触面开始自下而上逐步沉积，直至将聚三聚氰胺泡沫缓冲层4内的所有泡沫腔填满，从而形成与聚三聚氰胺泡沫缓冲层内聚三聚氰胺泡沫的三维骨架结构41相匹配的锂金属填充体42。所述负极极片的制备工艺为：将200μm厚的聚三聚氰胺泡沫缓冲层4放置在铜箔集流体5上，以金属锂为对电极，电解液为1M双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)的1，3-二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME)(1:1，体积比)，在1mAcm-2的工作电流密度下沉积20h，制备得到负极极片，具体沉积示意图如图2所示。正极极片2以铜箔为集流体，以钛酸锂(Li4Ti5O12)为活性组分，将活性组分与导电剂、粘结剂和溶剂混合后涂覆于集流体上，得到正极极片。锂金属电池的装配工艺如下：将负极极片置于负极壳6上，向负极极片上聚三聚氰胺泡沫缓冲层4的一侧滴加电解液(1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(1:1,体积比))，放置PP/PE/PP隔膜，继续滴加电解液(1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(1:1,体积比))；隔膜两侧滴加的电解液均会吸附于隔膜内形成电解液层。再放置正极极片2最后放置正极壳1，并在氩气保护的手套箱中进行封装。本实施例制备的复合锂金属负极与钛酸锂电极组装的半电池的放电比容量曲线(曲线1)如图3所示，在2C大倍率条件下，经过1000次循环，测得的放电容量仍能保持稳定，而采用普通锂金属负极组装的半电池的放电比容量曲线(曲线2)在相同条件下，经过200次循环后，放电容量发生大幅度衰减。作为对比的普通锂金属负极组装的半电池的组装过程为：将锂片至于负极壳上，向锂片上滴加电解液(1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(1:1,体积比))，放置PP/PE/PP隔膜，继续滴加电解液(1M六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(1:1,体积比))；隔膜两侧滴加的电解液均会吸附于隔膜内形成电解液层。再放置正极极片；最后放置正极壳，并在氩气保护的手套箱中进行封装。图4中还给出了本实施例组装的锂金属电池经20次电性能循环测试后，负极极片的SEM图，观察图4可以发现，没有锂枝晶生成。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3