本发明涉及到锂电池,特别涉及到一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池。
背景技术:
1、在负极的各种候选材料中,金属锂(li)因其超高的理论容量(3860mah/g)、最低的电化学氧化还原电位(-3.04v vs.she)和低密度(0.534g/cm3),被认为是在高能可充电电池中替代石墨负极的终极负极材料。目前锂金属电池面临的一些问题,其中最关键的问题是锂金属表面的局部存在不均匀的锂沉积,导致锂沉积具有针状、苔藓状或树枝状形态,随后形成枝晶。这种情况通过扩大的表面积增加了副反应和电解质消耗的可能性,从而导致库仑效率(ce)低。此外,在锂金属电池中,枝晶最终会刺穿隔膜到达阴极,从而导致短路,这最终可能导致具有爆炸风险的热失控。考虑到最近电动汽车的要求越来越高,需要进一步努力克服锂金属电池的上述所有问题,以确保它们满足实际应用的先决条件。
2、然而现有技术中有两种方式能够抑制枝晶的形成,一是在负极锂金属内加入含氟、氮等物质,形成一层lif,lin等无机层,以隔离锂金属与电解液,这种方式虽然提升了锂金属的稳定性,但在锂金属表面形成lif/lin等无机层后,随着循环的进行,锂金属膨胀使表面的无机层还是会破坏;二是采用碳布,把碳布放入到熔融的金属锂中形成三维锂负极,可以使锂均匀的沉积,但碳布的焊接很难,不容易量产。
技术实现思路
1、本发明的主要目的为提供一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池,旨在解决锂电池中锂金属的不均匀沉积易形成枝晶的技术问题。
2、为了实现上述目的,本发明第一方面提出一种锂金属负极的制备方法,包括以下步骤:
3、s1:将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1%~20%:0.5%~5%放入77%~98.5%的有机溶剂中分散,得到第一溶液;
4、s2:将所述第一溶液涂布至负极集流体上,烘干碳化,得到三维极片;
5、s3:将所述三维极片放入熔融锂中浸润,形成碳:亲锂材料:金属锂的质量分数比为40.5%~85%:0.5%~5%:10%~59%的负极片。
6、进一步地,所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、对二甲苯、四氢呋喃、乙醇、乙腈中的至少一种。
7、进一步地,所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸中的至少一种。
8、进一步地,所述亲锂性材料为zno或cuo。
9、进一步地,所述碳化的温度为400~1200℃。
10、进一步地,所述将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1%~20%:0.5%~3%放入77%~98.5%的有机溶剂中分散,得到第一溶液的步骤包括:
11、将所述粘结剂、所述亲锂性材料和所述有机溶剂按质量分数比1%~20%:0.5%~3%:77%~98.5%放入行星式搅拌机,按第一公转速、第一自转速、第一时长进行预混;
12、按第二公转速、第二自转速度、第二时长进行分散,其中,所述第二公转速大于所述第一公转速;所述第二自转速度大于所述第一自转速,所述第二时长大于所述第一时长;
13、得到分散好的所述第一溶液。
14、本发明第二方面提出一种锂金属负极片,由上述任意一种锂金属负极的制备方法制得。
15、本发明第三方面提出一种电池,包括上述锂金属负极片,还包括正极片和电解质片。
16、进一步地,所述正极片的组成材料的质量分数比为镍钴锰氧化物:导电剂:粘结剂为80%~98%:1%~10%:1%~10%。
17、进一步地,所述电解质片由锂磷硫酸盐和粘结剂组成,所述锂磷硫酸盐和粘结剂的质量比为90%~99%:1%~10%。
18、有益效果:
19、本发明的一种锂金属负极的制备方法、锂金属负极片及电池,方法包括先通过高温将粘结剂碳化,有足够的储存锂的空间,不会引起巨大的膨胀,有机溶剂则会挥发;再加入亲锂性材料,可以引导金属锂沉积得均匀致密,不会导致锂枝晶快速形成,影响安全性能;并且在负极集流体上进行焊接不会因碳化而熔融,从而得到的锂金属负极具有明显的提高的循环性能,以及便于工业化批量生产与使用。
1.一种锂金属负极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、对二甲苯、四氢呋喃、乙醇、乙腈中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法,其特征在于,所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法,其特征在于,所述亲锂性材料为zno或cuo。
5.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法,其特征在于,所述碳化的温度为400~1200℃。
6.根据权利要求1所述的锂金属负极的制备方法,其特征在于,所述将粘结剂和亲锂性材料按质量分数比1%~20%:0.5%~3%放入77%~98.5%的有机溶剂中分散,得到第一溶液的步骤包括:
7.一种锂金属负极片,其特征在于,由权利要求1-6中任意一项所述的锂金属负极的制备方法制得。
8.一种电池,其特征在于,包括如权利要求7所述的锂金属负极片,还包括正极片和电解质片。
9.根据权利要求8所述的电池,其特征在于,所述正极片的组成材料的质量分数比为镍钴锰氧化物:导电剂:粘结剂为80%~98%:1%~10%:1%~10%。
10.根据权利要求8所述的电池,其特征在于,所述电解质片由锂磷硫酸盐和粘结剂组成,所述锂磷硫酸盐和粘结剂的质量比为90%~99%:1%~10%。