[发明专利]金属锂负极片及其制备方法和金属锂二次电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种金属锂负极片及其制备方法，和使用该金属锂负极片的金属锂二次电池。

背景技术

锂离子电池是由正极片、负极片、隔膜以及电解液或电解质组成的可充电电池，其因具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好等特点被广泛应用于移动通信设备、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。目前锂离子电池的负极材料多采用石墨，由于石墨的理论比容量有限，随着市场对电池能量密度的要求越来越高，金属锂负极作为一种理论比容量高的负极被广泛研究。

虽然金属锂负极有非常高的理论比容量(3861mAh/g)，用做锂电池负极可以提高电池能量密度，但是与石墨负极充放电时锂离子在石墨片层中发生嵌入和脱出的过程不同，金属锂负极在充放电时发生的是锂的化学沉积和溶解的过程，这种沉积和溶解过程会带来相当大的体积变化，而且会发生不均匀沉积，产生锂枝晶刺破隔膜，导致短路的安全事故。因此，尽管金属锂负极已被广泛研究，但还未见其商业化应用。

为了解决金属锂负极应用中的锂枝晶问题，有一种解决思路被广泛应用，就是在金属锂表面覆盖一层保护膜。公开号为CN104966814A的中国发明专利申请公开了一种高安全性的金属锂负极及其制备方法，该方法采用厚度为0.02～0.2μm的硅基保护层蒸镀在锂粉末多孔电极上，以此提高金属锂负极的安全性。公开号为CN106159200A的中国发明专利申请公开了一种具有保护涂层的金属锂负极及其制备和应用，采用组装分子层和无机快离子导体层在金属锂负极活性物质层表面构建固态电解质界面膜，以此达到抑制锂枝晶的目的。公开号为CN105489944A的中国发明专利申请公开了采用金属锂做负极的全固态电池制备方法，在金属锂表面涂覆负极材料薄层来抑制锂枝晶。公开号为CN105489845A的中国发明专利申请公开了一种基于PVD制备全固态锂离子电池用薄层金属锂基负极的方法，在薄层金属锂基负极材料表面沉积薄层金属保护层，从而抑制锂枝晶。公开号为CN105280886A的中国发明专利申请公开了金属锂负极表面原位处理方法与应用，通过少量含磷酸类物质的处理液与金属锂及其表面的钝化层反应生成以磷酸锂为主的界面保护层，以此抑制锂枝晶。公开号为CN105845891A的中国发明专利申请公开了一种具有双层结构的金属锂负极，该金属锂负极由底层的金属锂层及上层的表面覆盖层构成，所述表面覆盖层为碳材料、聚合物材料和玻璃纤维中的一种或几种。以上几种金属锂负极的制备方法均可在一定程度上抑制锂枝晶，但不能完全消除锂枝晶生长的影响，金属锂二次电池的安全性能及循环性能仍有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锂负极片，可以抑制锂枝晶，防止电池短路，提高金属锂二次电池的安全性能以及循环性能。

本发明的另一目的在于提供一种金属锂负极片的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种具有金属锂负极片的金属锂二次电池。

为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：

金属锂负极片，包括：集流体，所述集流体上形成有金属锂层，所述金属锂层上形成有复合导电膜。

可选的，所述金属锂层是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。

可选的，所述集流体为铜箔或多孔铜箔或刻蚀铜箔或铜网或镍网或泡沫铜或泡沫镍。

可选的，所述集流体为铜箔或多孔铜箔或刻蚀铜箔时，集流体的厚度小于20μm；所述集流体为铜网或镍网时，集流体的厚度小于200μm；所述集流体为泡沫铜或泡沫镍时，集流体的厚度小于1000μm。

可选的，所述金属锂层的厚度为1μm～500μm。

可选的，所述复合导电膜为由导电剂与聚合物电解质混合制成的混合溶液形成于所述金属锂层上的薄膜，厚度为0.1～100μm。

可选的，所述导电剂为导电炭黑或碳纳米管或石墨烯或碳纤维中的一种或几种。

可选的，聚合物电解质为聚氧化乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚丙烯酸酯或聚碳酸酯或聚丙烯腈中的一种或几种。

为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：

制备前述金属锂负极片的方法，步骤如下：

将金属锂箔与集流体压合在一起，或者将金属锂镀在集流体表面，从而在集流体表面形成金属锂层；

将聚合物电解质溶于溶剂中制成聚合物电解质溶液，将导电剂加入聚合物电解质溶液中搅拌均匀后，经混合溶液涂布于基材上，蒸干溶剂后得到复合导电膜；