[发明专利]金属锂复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体为提供一种金属锂复合负极材料及其制备方法。本发明所提供的金属锂复合负极材料的制备方法进一步基于电镀工艺，以碳纳米管薄膜为电镀基底，先电镀一定厚度的金属镀层，以提升材料的电子导电率；再将金属锂颗粒分布在非锂金属镀层‑碳纳米管复合体的中空内部和/或非锂金属镀层‑碳纳米管复合薄膜中非锂金属镀层‑碳纳米管复合体之间的空隙，以制备获得所需的金属锂复合负极材料。结合碳纳米管的高强度与中空结构、非锂金属镀层的高导电性的优点，用于支撑金属锂活性材料的稳定与快速脱嵌，从而提高其循环稳定性。

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种金属锂复合负极材料及其制备方法。

【背景技术】

传统锂离子充电电池一般采用的是有机电解液，近几年，开发高能量密度含锂负极的电池是研究热点。金属锂具有重量轻、能量密度高的优点，但是，金属锂负极的商业化应用受到以下限制：巨大的体积膨胀及锂枝晶生长问题，因此，金属锂负极的循环及安全性能有待改善。

从实用的角度来看，对于金属锂负极来说，由于其没有主体，体积变化大。这就意味着在极端的循环过程中，当锂全部迁移到正极时，可能会出现负极完全没有锂的情况，电池的结构稳定性差，对其循环稳定性能是巨大的挑战。

另一方面，枝晶生长对金属锂电池的影响巨大。尤其是在大电池中，其电流密度不均匀带来的锂离子不均匀沉积的问题尤其突出。对于一个实用化的软包电池，负极电流很容易达到几百毫安，如果负极表面不均匀，在某些位置形成极大的局部电流，将会带来严重的枝晶生长。枝晶会带来负极的粉化，进而造成电池干液直至电池寿命结束。从根本上理解金属锂枝晶的形核和沉积行为对于早日实现金属锂电池的安全性意义重大。

【发明内容】

为克服现有锂离子电池的安全性的问题，本发明提供了一种金属锂复合负极材料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种金属锂复合负极材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管薄膜，以直流电镀的方式将非锂金属镀覆形成在碳纳米管薄膜中的碳纳米管外表面和碳纳米管之间的空隙，形成具有非锂金属镀层-碳纳米管复合体的非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜；以化学电镀的方式或锂离子电池化成原理电镀的方式将金属锂颗粒分布在非锂金属镀层-碳纳米管复合体的中空内部和非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜中非锂金属镀层-碳纳米管复合体之间的空隙，以制备获得所需的具有三维骨架结构的金属锂复合负极材料，成颗粒形状的金属锂颗粒在充放电过程中以离子态从三维骨架结构中嵌入和脱出；

在碳纳米管表面形成非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜包括以下步骤：将所述碳纳米管薄膜作为阴极，电镀非锂金属为阳极，将作为阴极的碳纳米管薄膜与作为阳极的电镀非锂金属置入电镀非锂金属溶液中进行电镀，以直流电镀的方式在碳纳米管的外表面及在碳纳米管之间的空隙镀覆一非锂金属镀层，以形成具有非锂金属镀层-碳纳米管复合体的非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜。

优选地，非锂金属镀层为铜层，在具体电镀形成非锂金属镀层包括以下步骤：配置电镀非锂金属溶液，所述电镀非锂金属溶液包括以下成分：焦磷酸铜、焦磷酸钾、酒石酸钾钠、PVP及加入氨水，调节电镀非锂金属溶液的pH值至7.5-8.5；进一步将碳纳米管薄膜作为阴极，电镀非锂金属为阳极，置入电镀非锂金属溶液中进行电镀，其中，阴极电流密度为1-5mA/cm²，电镀时间为1-30min。

优选地，利用锂离子电池化成原理进行电镀的方式，包括以下步骤：提供一含锂的正极活性材料，将所述非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜作为负极，通过锂离子电池化成原理将含锂的正极活性材料可逆的锂离子脱出并游至所述非锂金属镀层-碳纳米管复合薄膜，并使金属锂颗粒分布在非锂金属镀层-碳纳米管复合体的中空内部和非锂金属镀层-碳纳米管复合体之间的空隙，以获得所需的具有三维骨架结构的金属锂复合负极材料。