[发明专利]金属锂负极、金属锂负极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了金属锂负极、金属锂负极的制备方法及应用，属于锂电池技术领域。所述金属锂负极包括内层保护结构和外层保护结构，所述内层保护结构是纤维网，所述纤维网覆盖在金属锂表面；所述外层保护结构是通过负载在所述纤维网表面上的聚合物单体，在引发剂的作用下，发生聚合反应形成。本发明可以提高金属锂负极在电池中的循环寿命，为锂电池的商业化提供了可能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种金属锂负极、金属锂负极的制备方法及应用。

背景技术

金属锂是重要的一次及二次电池负极材料。传统石墨负极的理论容量为372mAh/g，而金属锂的理论容量为3860mAh/g，是传统石墨负极的理论容量的10倍。

随着电动汽车的兴起，对电池能量密度进一步的要求，有必要开发以金属锂负极为基础的锂电池，该锂电池将成为下一阶段研发的重点。在新的储能体系中，以金属锂为负极，含锂的过渡金属氧化物为正极，可以有效提升目前锂离子电池的能量密度。例如，以金属锂为负极，单质硫为正极的锂硫电池（Li/S 电池）理论电池能量密度可达到2600Whkg^-1，硫正极比容量为1675mAhg^-1，远大于现阶段所使用的商业化以石墨为负极的锂离子电池。因此，以金属锂为负极的锂电池在未来化学电源发展中具有很大的应用前景。

目前限制金属锂作为电池负极实际应用的主要问题是充电过程中的金属锂表面的锂枝晶生长。锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，锂枝晶的生长会导致锂离子电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，破坏生成的固体电解质界面（SEI）膜。

由于金属锂比较活泼，与电解液尤其是酯类电解液会发生反应，锂枝晶的生长一方面造成电解液持续被消耗、电池循环寿命受到影响，另一方面，锂枝晶在放电时极容易被折断或者从金属锂表面脱落，折断或者脱落的部分因为与电极隔绝了电接触而无法继续参与电极反应，变为“死锂”，导致电池过电位越来越高，影响电池的循环使用寿命，同时造成电池的安全隐患。更严重的是，锂枝晶可能穿过隔膜，将正极与负极连通从而短路，引发热失控，使电池着火，甚至爆炸。

另外，金属锂与电解液反应生成的固态电解质膜稳定性差，极易破裂使得内部的新鲜锂又暴露在电解液中，持续消耗电解质，缩短电池循环寿命和降低电池的库伦效率。

发明内容

为了解决金属锂与电解液存在反应的问题，本发明提供了金属锂负极、金属锂负极的制备方法及应用，可以使金属锂具有较好的结构支撑性，使用该金属锂负极的锂电池可以有效改善电池的循环寿命。

为了解决本发明技术问题，提出的技术方案如下：

一种金属锂负极，所述金属锂负极包括内层保护结构和外层保护结构，所述内层保护结构是纤维网，所述纤维网覆盖在金属锂表面；所述外层保护结构通过负载在所述纤维网表面上的聚合物单体，在引发剂的作用下，发生聚合反应形成。

优选所述纤维网的厚度为0.5mm～2mm。

优选所述纤维网为玻璃纤维网、聚丙烯腈纤维网、聚酯纤维网或聚丙烯纤维网。

优选引发剂为双氟磺酰亚胺锂或偶氮二异丁腈。

优选所述聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈或1,3-二氧环戊烷。

优选引发剂的重量为0.1%～1%、聚合物单体的重量为1%～30%。

优选所述聚合物单体在金属锂表面重量为1～10mg/cm²。

一种金属锂负极的制备方法，该复合金属锂具有双层结构，包括内层和外层，内层是由纤维网碾压到金属锂表面而构成，为金属锂形成支撑作用；外层为在纤维网表面上浸润聚合物单体材料后，进而利用引发剂聚合形成所需材料，使其均匀地覆盖在金属锂的表面上。