[发明专利]一种锂电池用金属锂-氧化铝复合负极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂电池用金属锂‑氧化铝复合负极材料及其制备方法，该负极材料为金属锂和氧化铝纤维组成的复合材料。将氧化铝纤维置于金属锂片表面，形成覆盖结构的复合负极。与现有技术相比，本发明具有循环稳定性好，倍率下性能高，阻抗较低等优点。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及锂电池用金属锂负极材料。

背景技术

锂电池是指含有锂元素(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电化学储能电池。锂电池作为电化学储能器件，是通过电化学反应使得化学能和电能能够相互转化。锂电池储能的机理非常简单，它利用电能使锂离子在电极上嵌入(脱嵌)，从而发生还原(氧化)反应，使得电能与化学能得到了转化。现阶段锂电池的正极和负极材料主要为钴酸锂和石墨，由于由石墨和钴酸锂组成的锂电池具有良好的电化学可逆性，锂离子可以几乎没有损失地在正极和负极材料之间相互迁移，所以这种锂离子电池又可以叫作摇椅电池。而由于正负极之间的电势差距达到了3.7V，所以商用锂离子电池的能量密度较镍氢、镍镉电池等低电压电池有着明显的优势，几乎达到了电化学的极限。在石墨-钴酸锂体系下锂电池的能量密度可以达到140Wh kg^-1和200Wh L^-1，并且使用寿命达到了500次以上。

由于石墨理论比容量仅为372mAh g^-1，限制了锂电池能量密度的进一步提高。金属锂因为具有3860mAh g^-1的理论比容量，最低的电化学电势(-3.04V vs标准氢电极)，被认为是锂电池下一代负极材料的最优选择，可以使锂电池达到能量密度的极限。在实际使用中，金属锂负极的失活原因可以归纳为金属锂枝晶的生长，由于金属锂的高反应活性和无限的体积变化，会导致金属锂表面的SEI膜破裂，进而导致锂枝晶的形成，电化学副反应的增多，以及死锂的产生，这个过程会周而复始，导致金属锂逐渐失活，并会附带有严重的安全问题和电池容量的衰减。在金属锂沉积的过程中会产生巨大的体积变化，从而导致金属锂表面的SEI膜发生破裂，在破裂处锂枝晶会优先生长；当在金属锂剥离的阶段，枝晶的根处容易发生断裂，使得其脱离与导电物的电接触，进而形成了死锂；在之后的循环中，这个过程不断地发生，会导致金属锂表面形成多孔的锂，并且会伴随有大量的破裂的SEI膜和死锂产生，这会阻隔电极表面离子的传输，从而导致容量的衰减。所以对于金属锂负极的开发与使用在现阶段仍然具有极大的挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种锂电池用金属锂-氧化铝复合负极及其制备方法，具有循环稳定性好，倍率下性能高，阻抗较低等特点，能够显著调高金属锂负极性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锂电池用金属锂-氧化铝复合负极材料，该负极材料为金属锂和氧化铝纤维组成的复合材料。

进一步地，所述的金属锂为金属锂片，金属锂片的厚度为10微米～1毫米，纯度为99％以上。

进一步地，所述的氧化铝纤维的直径为100纳米～50微米，为空心结构也或实心结构。

进一步地，所述的氧化铝纤维的直径为1微米～50微米，氧化铝纤维为空心纤维。

进一步地，所述的氧化铝纤维覆盖在金属锂的表面，氧化铝层的厚度为5～50微米，覆盖量为0.1～5mg cm^-2。

一种锂电池用金属锂-氧化铝复合负极材料的制备方法，将氧化铝纤维置于金属锂片表面，形成覆盖结构的复合负极。

进一步地，所述的氧化铝纤维采用直接覆盖或涂覆的方式均匀覆盖在金属锂片表面。

进一步地，所述的氧化铝纤维在金属锂表面的取向为有序或无序。

进一步地，所述的复合负极在进行充放电循环过程中，原位形成金属锂与氧化铝的填充结构及稳定的SEI膜。