锂金属复合负极及其制备方法、电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了锂金属复合负极及其制备方法和应用。在锂金属基体表面复合碳基材料，然后在碳基材料表面通过两次不同电解液浓度的电沉积工艺沉积锂金属层，不仅可有效抑制锂枝晶的生成，而且锂金属复合负极表面平滑、无裂纹，经历长循环后表面仍完好无损；且能有效提升电池的循环性能。且能有效提升电池的循环性能。且能有效提升电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
锂金属复合负极及其制备方法、电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及锂金属负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的生产、使用遍及国民经济的各个领域，对锂离子电池的安全性能的要求更加严格。通常来说，正极材料的安全性能较高，这跟正极材料自身的结构稳定性有关，一般通过对材料进行表面包覆或离子掺杂等方式对主体材料进行结构改性，可提升材料的结构稳定性和安全持久性。对于负极材料来说，实验室通常使用的锂片负极在长时间的电化学循环后容易出现锂枝晶的问题，最终会穿透薄膜导致电池短路，直接影响电池整体的安全性能。
[0003]公开号为CN110383539A的专利文献公开了一种锂二次电池用负极，包括：锂金属层；和碳基薄膜，所述碳基薄膜沉积在所述锂金属层的至少一个表面上并且具有55nm至330nm的厚度。公开号为KR20200112427A的专利文献公开了应用具有缺陷碳结构的锂二次电池用负极，在基体材料表面涂覆碳缺陷结构，然后在碳缺陷结构上电沉积锂金属层。上述专利文献提及的负极对抑制锂枝晶的形成有一定的效果，但是在实际应用时，基于电池安全性能和循环性能的考虑，该效果仍有待提升。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
涉及的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供锂金属复合负极及其制备方法和应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供以下具体的技术方案。
[0006]首先，本专利技术提供一种锂金属复合负极，包括三层结构，第一层为锂金属基体，第二层为复合在锂金属基体上的碳基材料，第三层为两次电沉积在碳基材料上形成的锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。
[0007]在进一步的优选方案中，所述碳基材料的厚度为0.01~0.05mm。
[0008]在进一步的优选方案中，所述碳基材料为碳纤维网、石墨烯网、碳布、碳纳米管纸中的一种。
[0009]基于同样的专利技术构思，本专利技术提供上述锂金属复合负极的制备方法，包括以下步骤：磨削处理锂金属基体，然后将锂金属基体与碳基材料复合；通过两次电沉积，在碳基材料上沉积锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。
[0010]在进一步的优选方案中，锂金属基体与碳基材料复合的方法为：碳基材料通过粘结剂粘附到锂金属基体表面。
[0011]所述粘结剂的溶质为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）
中的至少一种，所述粘结剂的溶剂为碳酸二甲酯、N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）、乙二醇、二甲基亚砜中的至少一种。
[0012]在进一步的优选方案中，所述电沉积的电解液的溶质为六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟硼酸锂中的至少一种，电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
[0013]在进一步的优选方案中，首次电沉积时，电解液的浓度为0.5~1mol/L，电沉积的时间为1~8h，电沉积的电压为5 mV
‑
30 mV；第二次电沉积时，电解液的浓度为1~2mol/L，电沉积的时间为1~8h，电沉积的电压为5 mV
‑
30 mV。
[0014]此外，本专利技术提供一种电池，包括上述的锂金属复合负极。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下明显的有益效果：本专利技术提供的锂金属复合负极各层之间的结合紧密、牢固；在锂金属基体表面复合碳基材料，然后在碳基材料表面通过两次不同电解液浓度的电沉积工艺沉积锂金属层，不仅可有效抑制锂枝晶的生成，而且锂金属复合负极表面平滑、无裂纹，经历长循环后表面仍完好无损；且能有效提升电池的循环性能；本专利技术操作方法简单，可实现大规模产业化应用。
附图说明
[0016]图1为实施例1制备的锂负极的SEM图。
[0017]图2为实施例1制备的锂负极经过循环后的SEM图。
[0018]图3为对比例1制备的锂负极经过循环后的SEM图。
[0019]图4为对比例2制备的锂负极经过循环后的SEM图。
[0020]图5为对比例3制备的锂负极经过循环后的SEM图。
[0021]图6为对比例4制备的锂负极经过循环后的SEM图。
具体实施方式
[0022]首先，本专利技术提供一种锂金属复合负极，包括三层结构，第一层为锂金属基体，第二层为复合在锂金属基体上的碳基材料，第三层为两次电沉积在碳基材料上形成的锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。
[0023]在优选的实施方式中，所述碳基材料的厚度为0.01~0.05mm，可以为0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm等。碳基材料主要起到粘附层和导电层的作用，太薄容易断裂，太厚则表面锂沉积层与基底层可能会出现部分空隙，从而影响负极的均匀性。
[0024]在优选的实施方式中，所述碳基材料为碳纤维网、石墨烯网、碳布、碳纳米管纸中的一种。
[0025]其次，本专利技术提供上述锂金属复合负极的制备方法，包括以下步骤：磨削处理锂金属基体，然后将锂金属基体与碳基材料复合；通过两次电沉积，在碳基材料上沉积锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。
[0026]在制备过程中，对锂片负极进行磨削处理，增加锂片表面的粗糙度，为后续与碳基
材料的复合提供更多的接触面积，增加碳基材料的附着力，为后续的电沉积提供稳固的基底。
[0027]在优选的实施方式中，锂负极与碳基材料复合的方法为：碳基材料通过粘结剂粘附到锂负极表面。
[0028]所述粘结剂的溶质为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）中的至少一种，所述粘结剂的溶剂为碳酸二甲酯、N
‑
甲基吡咯烷酮（NMP）、乙二醇、二甲基亚砜中的至少一种。
[0029]在优选的实施方式中，所述电沉积的电解液的溶质为六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟硼酸锂中的至少一种，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
[0030]在优选的实施方中，首次电沉积时，电解液的浓度为0.5~1mol/L，电沉积的时间为1~8h，电沉积的电压为5 mV
‑
30 mV；第二次电沉积时，电解液的浓度为1~2mol/L，电沉积的时间为1~8h，电沉积的电压为5 mV
‑
30 mV。
[0031]在两次电沉积过程中，首次沉积采用较低浓度电解液沉积，形成的沉积层较薄，沉积量较少，沉积效果均匀，保证了初始沉积层的稳定。第二次沉积采用较高浓度电解液沉积，形成的沉积层较厚，沉积量较多，使得沉积层更加稳定。在较低浓度电解液下，由于Li
+
浓度较低，使得锂沉积速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属复合负极，其特征在于，包括三层结构，第一层为锂金属基体，第二层为复合在锂金属基体上的碳基材料，第三层为两次电沉积在碳基材料上形成的锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。2.如权利要求1所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述碳基材料的厚度为0.01~0.05mm。3.如权利要求1或2所述的锂金属复合负极，其特征在于，所述碳基材料为碳纤维网、石墨烯网、碳布、碳纳米管纸中的一种。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的锂金属复合负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：磨削处理锂金属基体，然后将锂金属基体与碳基材料复合；通过两次电沉积，在碳基材料上沉积锂金属层；所述两次电沉积的电解液的浓度不同，且首次电沉积的电解液的浓度小于第二次电沉积的电解液的浓度。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，锂金属基体与碳基材料复合的方法为：碳基材料通过粘结剂粘附到锂金属基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：程磊，徐宝和，邓鹏，丁瑶，冯建慧，谷永华，
申请(专利权)人：帕瓦长沙新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：