[发明专利]一种柔性快充的锂金属电池制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种柔性快充的锂金属电池制备方法，属于锂金属电池技术领域。

背景技术

随着人们物质生活水平越来越高，对于能源的需求飞速提高，促进了储能领域尤其是电池技术的飞速发展。20世纪90年代，索尼公司研发采用石墨负极以插层反应为机理的商用锂离子电池之后，锂离子电池迅速占领以笔记本电脑、手机等高端电子设备，锂离子电池已发展近三十年，难以满足目前人们对于长时间待机可弯折电子设备的需求。而随着国家新能源战略策略的提出，新能源电动汽车得到飞速发展。但是商用化的以石墨作为负极的锂离子电池难以满足人们对长续航里程与快速充电的要求。开发新体系柔性快充电池势在必行。锂金属，具有极高的容量与最低发电势，并且弹性模量大，决定了金属锂电池在高能量、高功率密度柔性电池中都有极大潜力。

金属锂电池在充放电过程中，负极侧易产生锂枝晶，由于结构疏松，部分枝晶会脱离导电骨架形成无法在被利用的“死锂”，导致库仑效率降低和锂源损失；此外，锂枝晶可能会刺破隔膜引发电池的安全问题。目前解决锂枝晶问题的方法集中在以下几个方面：通过自限域的方法来控制锂离子的沉积位点(Small,2014,10,4257)；通过强极性物质的吸附作用来减缓锂离子沉积速率(Adv.Mater.2016,28,2888)；通过电解液添加剂来控制锂离子的均匀沉积(专利号：CN105870502A)通过降低金属锂沉积的过电势诱导锂离子的定向选择性沉积(Nature Energy,2016,1,16010)；在金属锂的表面构建一层固态电解质膜，阻止锂表面与电解液的直接接触，同时能够抑制锂枝晶的产生(Adv.Mater.2016,28,1853)。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性快充的锂金属电池制备方法。该电池采用柔性磷酸铁锂纸作为正极，采用复合金属锂作为负极，复合电解质作为隔膜，构筑柔性快充的锂金属电池。石墨烯和碳纳米管骨架具有高比表面积，能够有效降低局部电流密度，赋予电极柔性特征，实现离子快速输运。石墨烯和碳纳米管骨架能促进锂均匀沉积，抑制锂枝晶的生长，从而实现柔性快充的锂金属电池。

本发明的技术方案如下：

一种柔性快充的锂金属电池制备技术，其特征包括如下步骤：

2、一种柔性快充的锂金属电池制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将石墨烯、碳纳米管或石墨烯和碳纳米管的混合物溶于有机溶剂中，制成体积质量浓度为0.1g/L-10g/L的有机溶液，再在有机溶液中加入粘结剂，粘结剂的体积质量浓度为0.01g/L-100g/L，超声后，涂覆在集流体表面制成自支撑极片；

2)取自支撑极片与金属锂复合，制成锂-石墨烯复合电极或锂-碳纳米管复合电极；

3)以柔性磷酸铁锂纸作为正极，复合电解质作为隔膜，锂-石墨烯复合电极或锂-碳纳米管复合电极或锂-石墨烯-碳纳米管复合电极作为负极，组装后得柔性快充的锂金属电池。

优选地，所述的石墨烯包括所有单层石墨烯、双层石墨烯以及多层石墨烯中的一种或几种，碳纳米管直径在2nm-50nm之间，石墨烯和碳纳米管按照质量比0:1-1:0混合。

优选地，所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N-异丙基吡咯烷酮、N-月桂基吡咯烷酮、N-环己基吡咯烷酮、N-苄基吡咯烷酮、N-羟乙基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、十二烷基苯磺酸钠，聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯蓖麻油中的一种或几种。

优选地，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、氯丁橡胶、甲苯橡胶、丁腈中的一种或几种。

优选地，所述的集流体为铜箔或铝箔。

优选地，获得的自支撑电极与金属锂复合得到的锂-石墨烯复合电极或锂-碳纳米管复合电极厚度为50μm-1000μm。

优选地。所述的自支撑极片与金属锂复合方式为热熔法、化学沉积法、电沉积法、辊压法中的一种或几种。

优选地，所述的复合电解质为聚环氧乙烷、锂镧锆氧、锂铝钛的磷酸盐、锂铝锗的磷酸盐、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟硼酸锂、六氟砷酸锂、氟化钾中的两种或多种。

将得到的锂-石墨烯复合电极或锂-碳纳米管复合电极作为负极，复合电解质作为隔膜，柔性磷酸铁锂纸作为正极组装获得实现柔性快充的锂金属电池。