一种金属锂电池负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金属锂电池负极及其制备方法和应用。该负极包括集流体、金属锂箔材、包覆材料选择、专用对辊机辊子设计加工，并应用于高比能高效能金属锂原电池研制与生产。首先选择包覆材料或设计加工专用对辊机辊子，然后用包覆材料将商品化锂箔包覆碾压至所需厚度或者直接用专用辊子辊压至所需厚度，再将集流体置于碾压后锂箔之间并用包覆材料包覆后碾压捏合或者直接用专用辊子辊压捏合，得到满足电池设计所需的单面或双面金属锂负极材料。本发明专利技术制备的金属锂负极，方法简便、厚度均匀性好，工艺性强，适用于批量生产与应用。应用于金属锂系原电池和储备电池，大幅减少电池内阻，有效提升锂金属电池的库伦效率。有效提升锂金属电池的库伦效率。有效提升锂金属电池的库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种金属锂电池负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于一次电池
，特别涉及一种高比能高效能金属锂电池负极制备方法及应用，以及使用该金属锂负极片的金属锂电池。

技术介绍

[0002]高比能兼具功率密度、长贮存期的电池在特殊国防军用领域有着极高的应用价值，已经成为国防武器装备和电子设备的关键配套产品和重要的技术基础，各国对高端原电池的研制非常重视，同时也是我国国防领域制约点之一。
[0003]锂原电池包括金属锂负极、正极片、隔膜与电解液组成，最大限度提升电池能量密度，优化N/P比，改善负极电导率，实现原电池正负极能量协调，创新锂原电池负极制备方法是研制生产高端原电池的核心重要技术之一。
[0004]金属锂具有活泼的化学性质和极强的粘附性，给切制和压制带来极大的困难，改善金属锂电池负极，实现锂电池正负极适配协调，且成为锂电池研制和大批量生产的瓶颈。公开号为CN110474053A的中国专利技术专利申请公开了一种锂金属负极材料、制备方法及应用，创新设计并运用高分子聚合物修饰集流体后，将锂沉积与集流体，解决锂金属电池负极应用于锂金属二次电池中，进而有效阻止电解液和锂金属的反应，诱导锂离子均匀沉积，提升锂金属二次电池的库伦效率以及循环性能。公开号为CN109638284A的中国专利技术专利申请公开了一种金属锂负极材料及其制备方法，创新设计与运用高分子有机聚合物均匀涂覆在金属锂表面，形成金属锂高分子保护膜，促进锂离子传输过程，引导锂离子在充放电过程中均匀沉积，抑制锂枝晶的产生，阻止金属锂与电解液发生反应，从而提高二次电池金属锂的循环性能和容量保持率。公开号为CN107579204A的中国专利技术专利申请公开了金属锂负极片及其制备方法和金属锂二次电池，将聚合物电解质溶于溶剂中制成聚合物电解质制成复合导电膜，压合在金属锂层表面，以抑制锂枝晶，防止电池短路，提高锂二次电池的安全性能以及循环性能。公开号为CN104993094B的中国专利技术专利申请公开了金属锂带的制备方法及采用该方法制备的金属锂带，创新用润滑剂处理基材，选择使用辊压辊的半径配比，以及辊压过程中两对辊辊速的调节，辊压得到单面自支撑的复合锂带，但润滑剂对原电池电化学性能有一定影响，且大批量生产困难。公开号为CN103000915A的中国专利技术专利申请公开了氟化碳锂一次电池及其制备方法，提出了在每2片制备好的金属锂片中夹一焊接极耳的集流网，通过碾压得到双面锂负极片或单面锂负极片。以上几种金属锂负极的制备方法，理论上均可行有效，虽提及金属锂箔压合于集流体上形成的金属锂层、或金属锂层是金属锂镀在集流体表面形成的金属锂层，但均未涉及立足正负极适配协调性，结合实际解决商品化锂带(箔)二次加工和大批量生产问题。
[0005]综上所述，着眼全面实现高端金属锂原电池研制与生产，确需开发一种新的、可行的方法，以解决正负极适配协调性，综合提升高端电池性能，同时又能大批量稳定生产金属锂系原电池和储备电池负极。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的之一是针对现有金属锂带(箔)加工技术缺陷和锂电池研制生产现实需求，提供一种可按照N/P比正负极适配协调性，特别是克服金属锂化学特性和极强粘附性，依据锂电池设计进行商品化锂带(箔)二次加工，并制成低阻抗、高倍率负极的大批量制备方法。
[0007]本专利技术另一目的在于提供一种锂金属负极，提高金属锂系原电池和储备电池综合电性能。
[0008]本专利技术还涉及锂金属材料作为锂金属电池负极材料在金属锂系电池中的用途。
[0009]本专利技术为突破金属锂负极瓶颈问题，设计并采用以下技术方案实现专利技术目的。
[0010]本专利技术一方面提供了一种金属锂电池负极的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
[0011]步骤1，选择集流体：选择相对薄的商品化金属箔材；
[0012]立足锂电池容量最大化，综合考虑电流密度、电导率、负极片结构强度和可焊性，尽可能选择相对薄的商品化金属箔材。
[0013]优选地，所述金属箔材，包括但不限于铜箔、涂碳铜箔、微孔铜箔、铜网、泡沫铜、三维纳米多孔铜、306不锈钢箔、306不锈钢网中的任一种。
[0014]优选地，所述相对薄的商品化金属箔材厚度＜25μm。
[0015]步骤2，设计加工专用对辊机辊子：选用与金属锂低粘附或者无粘附力的材料，设计加工专用对辊机辊子；
[0016]选用与金属锂低粘附或者无粘附力的材料，分析计算金属锂形变应力，通过力学计算和结构设计，设计加工专用对辊机辊子，以实现商品化锂带或锂箔无辅助二次加工。
[0017]优选地，所述与金属锂低粘附或者无粘附力的材料，包括但不限于PP型材或POM型材任一种。
[0018]优选地，所述锂带或锂箔无辅助二次加工，锂带或锂箔不需要进行任何处理，包括不需要包覆相关材料。
[0019]步骤3，选择包覆材料：在应急状态下，选用与金属锂低粘附或者无粘附力的薄膜材料，包覆商品化锂带或锂箔进行二次加工，或者包覆二次加工锂带或锂箔与集流体进行辊压捏合；
[0020]优选地，所述与金属锂低粘附或者无粘附力的薄膜材料，包括不限于PE膜、PP膜、PEP膜的任一种，厚度在15μm～25μm之间。
[0021]进一步，所述应急状态，主要是指锂电池研制试验极少量需求或者无法装备专用对辊机辊子。
[0022]步骤4，碾压商品化锂带或锂箔：在应急状态，将商品化锂带或锂箔置于包覆材料之间，按照商品化锂带或锂箔厚度与锂电池设计和生产需求厚度差，适度设定5～7个调整间隙，进行碾压任一厚度；
[0023]进一步，步骤4所述在量产状态下，按照商品化锂带或锂箔厚度与锂电池设计和生产需求厚度差，适度设定5～7个调整间隙，直接进行碾压任一厚度。
[0024]进一步，步骤4所述量产状态，即装备专用对辊机辊子。
[0025]优选地，所述商品化锂带或锂箔厚度与锂电池设计和生产需求厚度差，是指选择
商品化锂带或锂箔尺寸，特别是厚度尽可能接近锂电池设计和生产需求厚度。
[0026]优选地，所述适度设定5～7个调整间隙，是以易于辊压锂带或锂箔与包覆材料剥离为参考，基本控制在10μm～30μm之间。
[0027]步骤5，捏合负极板：在应急状态，将步骤4所加工一层或两层锂带或锂箔夹持集流体后置于包覆材料之间，辊压捏合成满足锂电池设计和生产所需单面锂或者双面锂负极厚度的负极板。
[0028]进一步，步骤5所述，在量产状态下，将步骤4所加工一层或两层锂带或锂箔夹持集流体后，直接辊压捏合成满足锂电池设计和生产所需单面锂或者双面锂负极厚度的负极板。
[0029]步骤6，裁制负极片：依据锂电池设计和生产所需负极片尺寸，设计选用模切刀具，将步骤5制备的负极板切制成锂电池装配负极片。
[0030]优选地，所述模切刀具，包括选用金属锂低粘附或者无粘附力的材料，设计加工成模切刀具。
[0031]本专利技术另一方面还提供了一种使用上述金属锂电池负极的制备方法制备得到的金属锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属锂电池负极的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，选择集流体：选择相对薄的商品化金属箔材；步骤2，设计加工对辊机辊子：选用与金属锂低粘附或者无粘附力的材料，设计加工对辊机辊子；步骤3，选择包覆材料；步骤4，碾压商品化锂带或锂箔；步骤5，捏合负极板；步骤6，裁制负极片。2.根据权利要求1所述的金属锂电池负极的制备方法，其特征在于：步骤2所述的与金属锂低粘附或者无粘附力的材料，包括但不限于PP型材或POM型材任一种。3.根据权利要求1所述的金属锂电池负极的制备方法，其特征在于：步骤3所述的选择包覆材料，具体为：在应急状态下，选用与金属锂低粘附或者无粘附力的薄膜材料，包覆商品化锂带或锂箔进行二次加工，或者包覆二次加工锂带或锂箔与集流体进行辊压捏合。4.根据权利要求1所述的金属锂电池负极的制备方法，其特征在于：步骤3所述的所述应急状态，是指锂电池研制试验极少量需求或者无法装备步骤2所述的对辊机辊子。5.根据权利要求1所述的金属锂电池负极的制备方法，其特征在于：步骤4所述的碾压商品化锂带或锂箔，具体为：在应急状态，将商品化锂带或锂箔置于包覆材料之间，按照商品化锂带或锂箔厚度与锂电池设计和生产...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琨，王煊军，尚敦敏，宋树波，苏敏，陈敬敏，苏星海，周桂花，白令海，
申请(专利权)人：贵州旌麾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：