[发明专利]碳纳米管薄膜在锂离子电池负极中的应用、对称电池、半电池及制备方法

说明书

本发明提供了碳纳米管薄膜在锂离子电池负极中的应用，属于锂离子电池领域。本发明中，所述碳纳米管薄膜与锂片接触。本发明引入碳纳米管薄膜作为夹层，实现长寿命和无枝晶锂金属负极，制得的电极具有超长的循环稳定性和高容量保持率，在1mA/cm²电流密度，1mAh/cm²容量极限下可以稳定循环1000h，超过纯Li金属的10倍。在3mA/cm²、5mA/cm²的大电流密度下稳定性远高于纯Li金属，CNT薄膜在锂离子电池负极中的应用的设计为未来高能量密度Li金属电池提供了新道路。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种碳纳米管薄膜在锂离子电池负极中的应用、对称电池、半电池及制备方法。

背景技术

在过去几十年里，锂金属(Li)电池广泛应用于便携式电子器件、电动汽车和大型能源储存站。下一代锂基电池，如Li-S、Li-空气和固态锂电池受到了许多关注。锂金属因为具有高比容量、低电位和轻质量的特点，被认为是下一代锂金属电池最有前景的负极材料候选者之一。然而锂金属在电化学镀层/剥离过程中，容易形成锂枝晶，降低循环寿命，增加安全隐患，不利于进一步应用在商业电池中，主要挑战有以下三点：(1)在电化学镀层/剥离过程中，Li枝晶生长；(2)Li金属和有机电解液之间形成不稳定的固态电解液界面层；(3)Li金属电极的无限体积变化。

目前已有研究者将碳纳米管薄膜作为Li-S电池正极片与隔膜之间的夹层，以抑制多硫化物的溶解和扩散，阻止穿梭效应，提高锂硫电池的容量和循环性能。但是没有将碳纳米管薄膜用在锂离子电池负极中的相关报导。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳纳米管薄膜在锂离子电池负极中的应用、对称电池、半电池及制备方法。本发明将碳纳米管薄膜应用在锂离子电池负极中，抑制锂枝晶生长，提高了锂离子电池负极的循环使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

碳纳米管薄膜在锂离子电池负极中的应用，所述碳纳米管薄膜与锂片接触。

本发明还提供了一种对称电池，依次包括负极电池壳、弹片、垫片、第一锂片、第一CNT薄膜、Celgard膜、电解质、第二CNT薄膜、第二锂片和正极电池壳，所述第一锂片与第一CNT薄膜面积相同，所述第二锂片与第二CNT薄膜面积相同。

优选地，所述第一CNT薄膜和第二CNT薄膜的面密度独立地为1.5～2mg/cm²，厚度独立地为40～50μm。

优选地，所述电解质包括LiTFSI和有机溶剂，所述有机溶剂为1,3-二氧环戊烷和乙二醇二甲醚的混合溶液，所述电解质中LiTFSI的浓度为1mol/L。

本发明还提供了上述技术方案所述对称电池的制备方法，包括以下步骤：

在手套箱中，依次按照负极电池壳、弹片、垫片、第一锂片、第一CNT薄膜、Celgard膜、电解质、第二CNT薄膜、第二锂片和正极电池壳组装，得到对称电池。

本发明还提供了一种半电池，依次包括负极电池壳、锂片、CNT薄膜、Celgard膜、电解质、LiFePO₄电极片和正极电池壳。

优选地，所述CNT薄膜的面密度为1.5～2mg/cm²，厚度为40～50μm。

优选地，所述电解质包括LiTFSI、有机溶剂和LiNO₃，所述有机溶剂为1,3-二氧环戊烷和乙二醇二甲醚的混合溶液，所述电解质中LiTFSI的浓度为1mol/L，所述LiNO₃的质量分数为1％。

优选地，所述LiFePO₄电极片中LiFePO₄的含量为10～12mg/cm²。