[实用新型]一种新型锂金属电池

说明书

本实用新型公开了一种新型锂金属电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；所述负极极片包括集流体和与所述集流体紧密贴合的聚三聚氰胺泡沫缓冲层；所述聚三聚氰胺泡沫缓冲层内填充有与其三维骨架结构相匹配的锂金属填充体；所述集流体背向聚三聚氰胺泡沫缓冲层的一侧与所述隔膜紧密贴合。本实用新型提供了一种锂金属电池，通过在负极极片的集流体上紧密贴合了内部充满有锂金属填充体的聚三聚氰胺泡沫缓冲层，有效抑制了锂枝晶的生长，显著提高锂金属电池的安全性、库仑效率与循环性能。

技术领域

本实用新型明涉及锂电池领域，具体涉及一种新型锂金属电池。

背景技术

锂电池被广泛用于电动汽车以及便携式电子设备。然而，现在商业化的锂离子电池，由于其本身电极材料的限制，已经难以满足当今社会对电池能量密度日益增长的需求。

锂金属电池由于其极高的理论比容量(3860mAh g^-1)，是理想的下一代锂电池。然而，锂金属电池的循环稳定性差以及安全问题，限制了锂金属电池的应用。导致这些问题的根本原因在于不均匀的锂沉积以及锂枝晶的生长。在重复的充放电循环过程中，锂金属表面会产生锂枝晶，锂枝晶的生长会刺穿聚合物隔膜，导致电池短路，产生安全隐患。除此之外，锂金属负极还会产生体积膨胀，增加电池内部应力，减短电池寿命。

电解液添加剂、人工固态电解质界面膜、固态电解质以及亲锂的载体被用来解决上述存在的问题。这些方式可以部分解决上述问题，但是制备过程繁琐，成本较高，不利于商业化生产。

除上述改性方法外，三维镍骨架也被用来抑制锂枝晶的生长，因为其较大的比表面积，可以有效地减小局部电流，抑制锂枝晶生长(Chi et.al.,Prestoringlithium intostable 3D nick el foam host asdendrite-free lithium metal anode，Adv.Funct.Mater.2017,27,1700348)。除此之外，还原氧化石墨烯也被用作锂沉积的载体，抑制锂枝晶的生长(Lin et.al.,Layered reduced graphene oxide withnanoscaleinterlayer gaps as a stable host for lithiummetal anodes)。

但是，上述载体材料都是电子导体，锂离子沉积时，更倾向于沉积于载体表面，难以完全发挥三维载体的作用，彻底抑制锂枝晶的生长。

实用新型内容

本实用新型提供了一种锂金属电池，通过在负极极片的集流体上紧密贴合了内部充满有锂金属填充体的聚三聚氰胺泡沫缓冲层，有效抑制了锂枝晶的生长，显著提高锂金属电池的安全性、库仑效率与循环性能。

具体技术方案如下：

一种新型锂金属电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；

所述负极极片包括集流体和与所述集流体紧密贴合的聚三聚氰胺泡沫缓冲层；

所述聚三聚氰胺泡沫缓冲层内填充有与其三维骨架结构相匹配的锂金属填充体；

所述集流体背向聚三聚氰胺泡沫缓冲层的一侧与所述隔膜紧密贴合。

所述负极极片的制备，具体采用如下工艺：

将一定厚度的聚三聚氰胺泡沫缓冲层紧密贴合在集流体上，以金属锂为对电极，共同置于电解液中，在工作电流密度下通过电沉积的方法制备得到。

所述聚三聚氰胺泡沫包括三维网状交联的骨架结构以及由三维网状交联的骨架结构围成的大量泡沫腔，其化学结构中有大量的含氮基团。