[发明专利]锂金属负极及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂金属负极领域，公开了锂金属负极及其制备方法和锂离子电池。锂金属负极，包括基底和排布在所述基底的表面上的锂丝。本发明提供了具有全新结构的锂金属负极。锂丝排布在非泡沫基底的表面，可以具有更好机械强度，有效地减小负极体积变化和锂枝晶的产生，提高制得的锂离子电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂金属负极领域，具体涉及一种锂金属负极及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池的核心组成部件主要包含正极、隔膜、电解液、负极。目前，商业化锂离子电池的负极主要由石墨类材料组成，电解液主要由碳酸酯类溶剂、六氟磷酸锂电解质、各种添加剂等组成。石墨类负极材料具有循环性能好，技术成熟、价格低廉的优势。然而，在电化学反应中，石墨类负极通过对锂离子的嵌入和脱嵌实现充放电，理论比容量仅有372mAh/g，发挥比容量仅有360mAh/g左右。因此，极大地限制了锂离子电池能量密度的提升。

锂金属负极材料在与锂离子进行反应时，具有和石墨类负极材料不同的反应机理。其利用锂离子在金属负极上的沉积、脱沉积实现充-放电反应。和石墨相比，锂金属负极具有更高的比容量(高达3860mAh/g)，有利于实现更高的能量密度。然而，现有技术锂金属负极多使用箔状、片状等结构，在锂离子的沉积过程中，体积膨胀超过100％。在电池反应过程中体积的剧烈变化容易引起电池材料脱离电接触，丧失容量及循环性能优势。此外，箔状及片状的锂金属负极的表面积有限，和电解液的接触面积也较小，锂离子的沉积位点少，容易引起局部电流密度过大，进而导致枝晶问题及安全性问题。

CN107706355A公开了一种多孔锂金属箔片的制备方法，其特征是：由压制后的编织锂网作为锂片的主体结构，具体步骤如下：1)首先选取直径为10微米-2000微米的锂丝，并将锂丝编织成锂网；2)将编织成锂网通过原位压制构成含微米或毫米级孔的多孔锂金属箔片。

CN105932295A公共了一种金属锂二次电池负极用多孔铜集流体，其特征在于：所述集流体具有三维连通的多孔结构，并且孔径范围为0.1-20μm。

也有提出可以使用三维锂金属负极，包含固件部分和空隙部分。通过把锂沉积在三维空隙中解决体积膨胀等问题。然而三维锂金属负极存在机械强度低，制备方法复杂，电池生产、使用过程中容易断裂等问题。

由此可见，需要提供新的结构的锂金属负极，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有锂金属负极存在体积膨胀、与电解液接触面积小、机械强度差的问题，提供一种锂金属负极及其制备方法和锂离子电池，该锂金属负极具有全新的结构，且制备简单。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种锂金属负极，包括基底和排布在所述基底的表面上的锂丝。

本发明第二方面提供一种本发明的锂金属负极的制备方法，包括：将锂丝通过热压固定在基底的表面。

本发明第三方面提供一种锂离子电池，包括本发明的锂金属负极。

通过上述技术方案，本发明提供了具有全新结构的锂金属负极。锂丝固定在基底的表面，可以有效地减小负极体积变化和锂枝晶的产生，提高锂离子电池的能量密度。

附图说明

图1是本发明提供的锂金属负极的一种实施方式的示意图；

图2是本发明提供的锂金属负极的另一种实施方式的示意图；

图3是本发明实施例1制得电池S1的锂金属负极侧沉积锂后的SEM照片；

图4是本发明提供的锂金属负极组合的锂离子电池结构示意图；

图5是对比例1制得电池D1的锂金属负极侧沉积锂后的SEM照片。

附图标记说明