[发明专利]一种金属锂电池负极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属锂电池负极及其制备方法和应用。该负极包括集流体、金属锂箔材、包覆材料选择、专用对辊机辊子设计加工，并应用于高比能高效能金属锂原电池研制与生产。首先选择包覆材料或设计加工专用对辊机辊子，然后用包覆材料将商品化锂箔包覆碾压至所需厚度或者直接用专用辊子辊压至所需厚度，再将集流体置于碾压后锂箔之间并用包覆材料包覆后碾压捏合或者直接用专用辊子辊压捏合，得到满足电池设计所需的单面或双面金属锂负极材料。本发明制备的金属锂负极，方法简便、厚度均匀性好，工艺性强，适用于批量生产与应用。应用于金属锂系原电池和储备电池，大幅减少电池内阻，有效提升锂金属电池的库伦效率。

技术领域

本发明属于一次电池技术领域，特别涉及一种高比能高效能金属锂电池负极制备方法及应用，以及使用该金属锂负极片的金属锂电池。

背景技术

高比能兼具功率密度、长贮存期的电池在特殊国防军用领域有着极高的应用价值，已经成为国防武器装备和电子设备的关键配套产品和重要的技术基础，各国对高端原电池的研制非常重视，同时也是我国国防领域制约点之一。

锂原电池包括金属锂负极、正极片、隔膜与电解液组成，最大限度提升电池能量密度，优化N/P比，改善负极电导率，实现原电池正负极能量协调，创新锂原电池负极制备方法是研制生产高端原电池的核心重要技术之一。

金属锂具有活泼的化学性质和极强的粘附性，给切制和压制带来极大的困难，改善金属锂电池负极，实现锂电池正负极适配协调，且成为锂电池研制和大批量生产的瓶颈。公开号为CN110474053A的中国发明专利申请公开了一种锂金属负极材料、制备方法及应用，创新设计并运用高分子聚合物修饰集流体后，将锂沉积与集流体，解决锂金属电池负极应用于锂金属二次电池中，进而有效阻止电解液和锂金属的反应，诱导锂离子均匀沉积，提升锂金属二次电池的库伦效率以及循环性能。公开号为CN109638284A的中国发明专利申请公开了一种金属锂负极材料及其制备方法，创新设计与运用高分子有机聚合物均匀涂覆在金属锂表面，形成金属锂高分子保护膜，促进锂离子传输过程，引导锂离子在充放电过程中均匀沉积，抑制锂枝晶的产生，阻止金属锂与电解液发生反应，从而提高二次电池金属锂的循环性能和容量保持率。公开号为CN107579204A的中国发明专利申请公开了金属锂负极片及其制备方法和金属锂二次电池，将聚合物电解质溶于溶剂中制成聚合物电解质制成复合导电膜，压合在金属锂层表面，以抑制锂枝晶，防止电池短路，提高锂二次电池的安全性能以及循环性能。公开号为CN104993094B的中国发明专利申请公开了金属锂带的制备方法及采用该方法制备的金属锂带，创新用润滑剂处理基材，选择使用辊压辊的半径配比，以及辊压过程中两对辊辊速的调节，辊压得到单面自支撑的复合锂带，但润滑剂对原电池电化学性能有一定影响，且大批量生产困难。公开号为CN103000915A的中国发明专利申请公开了氟化碳锂一次电池及其制备方法，提出了在每2片制备好的金属锂片中夹一焊接极耳的集流网，通过碾压得到双面锂负极片或单面锂负极片。以上几种金属锂负极的制备方法，理论上均可行有效，虽提及金属锂箔压合于集流体上形成的金属锂层、或金属锂层是金属锂镀在集流体表面形成的金属锂层，但均未涉及立足正负极适配协调性，结合实际解决商品化锂带(箔)二次加工和大批量生产问题。

综上所述，着眼全面实现高端金属锂原电池研制与生产，确需开发一种新的、可行的方法，以解决正负极适配协调性，综合提升高端电池性能，同时又能大批量稳定生产金属锂系原电池和储备电池负极。

发明内容

本发明目的之一是针对现有金属锂带(箔)加工技术缺陷和锂电池研制生产现实需求，提供一种可按照N/P比正负极适配协调性，特别是克服金属锂化学特性和极强粘附性，依据锂电池设计进行商品化锂带(箔)二次加工，并制成低阻抗、高倍率负极的大批量制备方法。

本发明另一目的在于提供一种锂金属负极，提高金属锂系原电池和储备电池综合电性能。

本发明还涉及锂金属材料作为锂金属电池负极材料在金属锂系电池中的用途。

本发明为突破金属锂负极瓶颈问题，设计并采用以下技术方案实现发明目的。