[发明专利]金属锂负极及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种金属锂负极及其制备方法，以及一种锂离子电池。其中，金属锂负极包括若干叠层贴合设置的锂金属复合片，所述锂金属复合片包括：金属集流体网、结合在所述金属集流体网至少一表面的导电碳材料层，以及沉积在所述导电碳材料层表面的锂金属层。本发明金属锂负极，可有效降低负极工作表面的电流密度的影响，抑制锂枝晶的生长，对高倍率锂金属电池的应用具有积极效果。当该金属锂负极应用到电池中时，可有效提升电池材料的倍率性能，提升电池循环寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种金属锂负极及其制备方法，以及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池，由于具备比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛应用于手机、电脑、相机、电动汽车等领域。随着科学技术的不断发展，各个应用领域对锂离子电池的性能都提出了更高的要求，其中，最为迫切的就是在保证安全的前提下提高锂离子电池的能量密度。目前，行业都在追求更高的锂电池能量密度，这也是反映电池技术的重要指标。为此，需要采用更高克容量的正负极材料。

锂金属负极，作为下一代锂电池理想电极材料，具有超高理论比容量(3860mAh g^-1)和极低的电化学电位(-3.04V vs标准氢电极)。目前，全世界已对锂金属材料做了广泛的研究，锂金属电池在通向应用的道路上也得到了一定的推进。但是，锂金属本身的化学、电化学活泼性等特点，极易和其他物质发生反应并产生副产物。除此之外，锂离子在负极工作表面沉积过程中，由于锂金属电极表面各点位电势的有着微小的区别，会使得锂离子的沉积过程变得较为复杂。由于各点位沉积速度不同，锂离子最终的沉积状态也会发生变化，最终导致锂枝晶生长，刺穿隔膜引发电池热失控等安全问题，而较大的电流密度则更会加剧这种电势区别导致的锂枝晶生长。现有技术中，采用碳材料与锂金属复合提高锂金属稳定性的技术中，碳材料在电池循环充放电过程中极易从锂金属负极脱落，导致后续锂离子沉积不均匀等问题，影响电池循环寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属锂负极及其制备方法，以及一种锂离子电池，旨在一定程度上解决现有锂金属负极容易生长锂枝晶，降低锂离子电池的循环稳定性和安全性的问题。

为实现上述申请目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种金属锂负极包括若干叠层贴合设置的锂金属复合片，锂金属复合片包括：金属集流体网、结合在金属集流体网至少一表面的导电碳材料层，以及沉积在导电碳材料层表面的锂金属层。

本发明第一方面提供的金属锂负极中，导电碳材料层不但具有优异的导电性能，可提高负极的电子迁移效率；而且具有强的亲锂性能，可将锂离子引导进入金属锂负极内部，降低锂金属层表面电流密度，同时锂离子沉积在内部导电碳材料层中可以降低锂枝晶生长刺穿隔膜的安全风险。本发明金属锂负极，可有效降低负极工作表面的电流密度的影响，抑制锂枝晶的生长，对高倍率锂金属电池的应用具有积极效果。当该金属锂负极应用到电池中时，可有效提升电池材料的倍率性能，提升电池循环寿命。

进一步地，金属锂负极包括3～25层/mm叠层贴合设置的锂金属复合片；该叠层数量的锂金属复合片制成的金属锂负极，既确保了负极的能量密度，脱嵌锂的效果；又保证了金属锂负极结构的稳定性。

进一步地，以若干叠层贴合设置的锂金属复合片形成的侧表面作为负极工作表面，可以大幅降低在大倍率电流测试条件下，负极工作表面的电流密度，可以明显提升电芯的大倍率循环寿命。降低负极工作表面电流密度，降低锂离子在负极工作表面沉积形成锂枝晶的速率，降低锂枝晶生长刺穿隔膜的安全风险。

进一步地，导电碳材料层的厚度为0.3～3μm；该厚度的导电碳材料层既确保了导电碳材料对金属集流体网的覆盖效果，又确保了导电碳材料对锂金属层及负极工作表面的锂离子引导效果。