[发明专利]一种柔性锂金属负极骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柔性锂金属负极骨架材料及其制备方法和应用，属于锂金属电池材料领域，所述的骨架材料为氟化锂修饰的三维纳米纤维框架，框架中三维纳米纤维直径为50～900nm，氟化锂颗粒均匀的锚定在三维纳米纤维中，三维纳米纤维框架内部连通且三维多孔，具有良好的柔性，可在0～180°内弯折，所述骨架材料由混有氟化锂颗粒的高聚物经过静电纺丝、热处理制备而成。由柔性骨架镀锂得到的复合锂金属负极在循环时表现出良好的循环稳定性，与磷酸铁锂匹配成全电池，5C条件下，1600圈能有89％的容量保持率，使用该框架得到的锂金属电池可获得高库伦效率和长循环寿命。

技术领域

本发明属于锂金属电池材料领域，涉及一种柔性锂金属负极骨架材料及其制备方法和应用，具体涉及一种柔性锂金属负极骨架材料在锂金属电池负极领域的应用。

背景技术

锂金属负极因为其极高的理论能量密度(3680mAhg^-1)，同时具有低的电化学电位(-3.04V)，已成为最具潜力的下一代锂电池负极材料。然而锂金属电池一直迟迟未能产业化，那是因为锂金属天性活泼，容易与电解质接触将生成脆弱的SEI膜，在循环过程中，这层SEI膜容易破裂，将导致新的锂跟电解液反应产生缺陷，这些缺陷导致热点的生成，影响沉积表面的局部电流，进而生成锂枝晶，一部分枝晶将断掉游离在电解液中变成死锂，无法参与循环，造成库伦效率降低以及有用容量损失；另一部分枝晶继续长大可能会刺穿隔膜造成电池短路或者热失控等灾难性后果。且在循环过程中，锂金属是一个无主阳极的状态，将会造成无限的体积变化，锂金属的每次溶解沉积，无法回到开始状态及位置，形成凹凸不平的表面，进一步影响表面局部电流，将造成更多的死锂和枝晶，陷入恶性循环，特别当电流密度增大和面容量增大的时候，这种情况更加严重。

发明内容

针对目前锂金属作为电池负极存在的锂枝晶，无限体积膨胀，不均匀沉积所导致的电池循环性能下降，短路、热失效以及系列安全问题，本发明的目的在于提供一种柔性锂金属负极骨架材料及其制备方法和应用。

本发明提供一种柔性锂金属负极骨架材料，所述骨架材料为氟化锂(LiF)修饰的三维纳米纤维框架，框架中纳米纤维直径为50～900nm，氟化锂颗粒均匀锚定在三维纳米纤维中，三维纳米纤维框架内部连通且三维多孔，具有良好的柔性，可在0～180°内弯折；

所述骨架材料由混有氟化锂颗粒的高聚物经过静电纺丝、热处理制备而成。

优选的方案，所述框架中纳米纤维直径为100～600nm。

本发明提供所述柔性锂金属负极骨架材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氟化锂颗粒经过球磨、破碎分散得到处理液，再过滤真空干燥，得到处理后的氟化锂颗粒；

(2)将步骤(1)所得处理后的氟化锂颗粒与高聚物混合并溶于二甲基甲酰胺溶液中，通过静电纺丝处理得到原丝膜；

(3)将步骤(2)所得原丝膜经过热处理，得到柔性锂金属负极骨架材料。

优选的方案，步骤(1)中，球磨过程中，采用直径为7～12mm的大球磨珠，直径为0.5～6mm的小球磨珠，其数量比例为1:10～15，球磨珠的材质为不锈钢球或者玛瑙球，球磨介质为酒精，球料比为10～100：1，球磨时间为3～8小时。

优选的方案，步骤(1)中，所述破碎分散通过细胞破碎仪进行，破碎时间为30～90min。

优选的方案，步骤(1)中，所述真空干燥的温度为60～120℃，时间为6～24小时。

优选的方案，步骤(2)中，所述高聚物为聚丙烯晴(PAN)或者聚乙烯醇(PVA)。

优选的方案，步骤(2)中，所述氟化锂颗粒与高聚物的质量比为1：(8～32)。

优选的方案，步骤(2)中，所述高聚物与二甲基甲酰胺溶液的质量比为1：(8～15)。