[发明专利]柔性复合锂金属电极及其制备和锂金属电池

说明书

本发明公开了一种柔性复合锂金属电极及其制备方法和锂金属电池。柔性复合锂金属电极，包括柔性基体，所述柔性基体包括非亲锂的第一导电纤维层，且所述第一导电纤维层具有相对的两个表面，在所述第一导电纤维层的一个表面上还层叠结合有锂基膜层；或，所述柔性基体包括非亲锂的第一导电纤维层、非亲锂的第二导电纤维层和锂基膜层，且所述第一导电纤维层和第二导电纤维层均具有相对的两个表面，沿第一导电纤维层至第二导电纤维层的方向，所述第一导电纤维层、锂基膜层和第二导电纤维层依次层叠结合形成三明治结构。锂金属电池的负极为所述柔性复合锂金属电极。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种柔性复合锂金属电极及其制备和锂金属电池。

背景技术

随着人们对环境保护和能源危机意识的增强，锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术越来越受到人们的欢迎。锂离子电池因其能量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电子产品广泛应用和电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池的市场日益广阔，但同时对锂离子电池安全提出了更高的要求。

目前，商品化锂离子电池主要以石墨等碳基材料为负极，其有限的理论容量(372mAh/g)已几乎被开发殆尽。高的能量密度有助于提高整体电池的质量能量密度或体积能量密度，在这样的需求驱动下，开发具有高能量密度的新型负极材料显得迫切重要，其中金属锂因其具有最低的电化学电位(-3.04V vs.SHE)和较高的比能量密度(理论容量3860mAh/g)而备受研究人员的关注，被称为下一代储能设备的“圣杯”负极材料。

然后锂离子电池以金属锂、石墨等为基体的电极在嵌锂过量或者大电流下电极嵌锂速度过慢的情况下，锂离子就会在表面析出金属锂，这种锂枝晶一般尖锐且不可逆容易刺穿隔膜造成瞬间的能量释放导致安全事故发生。如金属锂负极在实际电池运行中会面临锂枝晶生长、锂失活以及锂沉积和剥离带来的不可避免的体积膨胀等问题。这些问题或将严重的安全问题，或将急剧恶化电化学性能。

为了改善以上问题，目前有报道研究人员在降低电极表面电流，改善电极表面亲锂等方面做了大量工作，如有人在碳纤维表面生长利于亲锂成核的TiN纳米颗粒，然后再电化学沉积上一定量的金属锂作为负极，该结构的负极在一定程度来抑制锂枝晶的成长。还有人采用化学刻蚀的方法制备具有有机无机复合层保护层三维金属锂负极。如报道了一种Al包覆的亲锂性3D Cu@Al集流体，实现了金属Li的均匀沉积，在一定程度上控制了严重的Li枝晶生长问题。

尽管实际生产和应用中发现，上述报道的金属锂负极虽然在一定程度上缓解了金属锂二次电池所存在的问题，但这些电极抑制锂枝晶生长效果不理想，对锂金属剥离沉积中的体积膨胀改善也较少关注，从而导致金属锂电池的安全性能不高和电化学性能不稳定。而且现有金属锂负极多为刚性结构，非柔性电极，限制金属锂电池在可穿戴柔性电子器件电池领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种柔性复合锂金属电极及其制备方法和含有所述柔性复合锂金属电极的锂金属电池，以解决现有金属锂电极为刚性结构，且存在抑制锂枝晶生长效果不理想，在锂金属剥离沉积中存在体积膨胀现象而导致锂金属电池安全性能不高、电化学性能不稳定和应用受限的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种柔性复合锂金属电极。所述柔性复合锂金属电极包括柔性基体，所述柔性基体包括非亲锂的第一导电纤维层，且所述第一导电纤维层具有相对的两个表面，在所述第一导电纤维层的一个表面上还层叠结合有锂基膜层；或

所述柔性基体包括非亲锂的第一导电纤维层、非亲锂的第二导电纤维层和锂基膜层，且所述第一导电纤维层和第二导电纤维层均具有相对的两个表面，沿第一导电纤维层至第二导电纤维层的方向，所述第一导电纤维层、锂基膜层和第二导电纤维层依次层叠结合形成三明治结构。

本发明的另一方面，提供了一种柔性复合锂金属电极的制备方法。所述柔性复合锂金属电极的制备方法包括如下步骤：

提供柔性复合锂金属电极的预结构；