[发明专利]一种复合金属锂负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合金属锂负极及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1、将碳材料和其他添加材料，添加到溶剂中，搅拌制备为浆料；S2、将所述浆料制备为碳材料膜层坯体；S3、在惰性气氛下，对所述碳材料膜层坯体进行烧结，获得碳材料膜层；S4、将所述碳材料膜层通过压力复合的方式转移到金属锂箔上，制备成复合金属锂负极。本发明制备过程简便，化学溶剂使用少，可使用现有锂电生产设备，易于工业放大，工艺参数可调节，对金属锂有稳定保护作用。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体为碳材料膜层压力复合而成的复合金属锂负极及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车，无人机等领域产品的更新换代，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。石墨负极已经不能满足电池对高能量密度的追求，金属锂负极作为新的研究热点，具有最低的电位和较大的比容量，被认为是下一代电池理想的负极材料。

但金属锂负极的枝晶以及体积膨胀问题导致电池容量快速衰减，或者导致电池短路，引发安全问题，严重影响了金属锂负极的实际应用。

目前已经有很多措施被用于金属锂负极保护，比如，使用化学溶剂对金属锂进行表面改性，在金属锂表面涂覆聚合物材料，对锂粉进行表面碳包覆等，用于增强使用寿命，其中碳材料保护金属锂的方式具有较好的效果，碳材料和锂具有良好的相容性，适合锂沉积，丰富的微观多孔形貌能够抑制锂负极体积膨胀，并且碳材料保护方法操作简单，污染小，危险性低，易于工业化。

例如《Interconnected hollow carbon nanospheres for stable lithiummetal anodes》(期刊名称为《nature nanotechnology》,出版日期为2014年7月27号)中崔屹等通过模板法构筑一层中空碳纳米球膜层转移到在金属锂表面，作为金属锂负极的保护层，中空间隙用于缓解体积膨胀，碳纳米球膜层用于抑制锂枝晶生长。然而，采用其中所述的模板法制备碳球膜层，使用较多化学试剂，具体的，模板法采用的聚苯乙烯纳米微球，需要蒸发水溶剂才能进行碳球膜层的制备，在填入粘结剂PVDF步骤中，需要加热除去溶剂NMP；碳球膜层的转移中需要对铜箔进行刻蚀，需要使用(NH4)2S2O8溶剂，浪费严重，步骤繁琐，难于大规模生产。又例如专利CN108365202A朱彦武等使用碳粉或蓬松的碳材料，通过在锂片表面撒上碳粉施压复合的方式制备锂碳复合材料，碳粉难以控制，不利于生产操作，污染较大并有一定危险性。例如专利CN110190257A王沉濛等公开了一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法，金属锂微球分散液和石墨烯分散液时，都需要用到惰性溶剂，化学溶剂使用量大，操作复杂，且，采用金属锂分散体和碳材料粉状物质进行操作，危险度高，操作环境要求高。

综上所述，锂负极应用存在枝晶生长和体积膨胀等问题，现有的大部分解决措施，使用较多的化学试剂，采用粉状物料，操作不便，污染较大且危险，加工步骤繁琐，工艺难以工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合金属锂负极的制备方法，用于解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合金属锂负极的制备方法，包括如下步骤：

S1、将碳材料和其他添加材料，添加到溶剂中，搅拌制备为浆料；

S2、将所述浆料制备为碳材料膜层坯体；

S3、在惰性气氛下，对所述碳材料膜层坯体进行烧结，获得碳材料膜层；

S4、将所述碳材料膜层通过压力复合的方式转移到金属锂箔上，制备为复合金属锂负极。

作为优选，所述S2中所述的碳材料膜层坯体的制备方法为：将所述浆料均匀附着于离型层上形成；所述S3中所述的碳材料膜层包括离型层和附着于所述离型层表面的碳材料层，所述S4中所述的复合金属锂负极是由所述碳材料层和所述金属锂箔结合而成。