[发明专利]一种高稳定锂金属电池负极的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高稳定锂金属电池负极的制备方法和应用，涉及电池技术领域。本发明高稳定锂金属电池负极制备方法包括以下步骤：（1）将蒙脱土、粘结剂以及导电碳混合后加入到溶剂中，充分搅拌后获得浆料；（2）将铜集流体置于涂布机上，将步骤（1）获得的浆料喷涂在铜集流体表面；（3）将步骤（2）所述铜集流体的表面处理平整并烘干，然后对其形状和尺寸进行加工，得到电池极片；（4）在步骤（3）中的电池极片上通过电化学沉积金属锂得到一种高稳定锂金属电池负极。本申请在使用蒙脱土基底修饰的的极片上通过电化学沉积金属锂，通过蒙脱土的亲锂性来调控锂金属均匀沉积，有效抑制了传统锂金属电池中锂枝晶不可控生长的现象。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体是一种高稳定锂金属电池负极的制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，锂离子电池已经无法满足各行业快速发展的需求，因此用锂金属直接作为负极的具有高能量密度的锂金属电池被广泛研究并投入商业化设计。传统的锂金属电池集流体一般使用铜箔，但是铜集流体上的不均匀锂沉积/剥离导致了锂枝晶（树枝状的金属锂）的生长。随着锂金属电池的运行，一方面由于金属锂的高反应性，锂枝晶可能发生断裂并且失去电化学活性，造成永久的容量损失；另一方面，锂枝晶会不断生长，最终可能刺穿隔膜导致电池内部短路，进而引发安全问题。

近年来，已经有多种材料（如金属基材料、碳材料、聚合物材料）被开发来用于修饰传统锂金属电池的铜集流体，通过调控锂的均匀沉积来实现对锂枝晶的抑制。然而，由于这些材料普遍合成起来较为困难，很难用于实际的商业化生产，因此仅停留在实验室阶段。

蒙脱土是一种层状硅基材料，目前已有技术将蒙脱土运用于电池领域。例如，将蒙脱土加入到溶胀状态的改性剂后分散均匀，然后依次进行烘干、烧结、冷却和研磨，得到锂离子电池硅碳负极材料用以提升锂离子电池的容量、寿命和安全性，并降低生产成本；将蒙脱土进行改性处理得到锂基蒙脱土，然后在加热炉内反应得到层状的锂基蒙脱土与硫的复合材料，锂基蒙脱土与多硫化物的强相互作用和层间锂离子的扩散能大幅提升锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高稳定锂金属电池负极的制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高稳定锂金属电池负极的制备方法，包括如下步骤：

（1）将蒙脱土、粘结剂以及导电碳按照质量百分比分别为70%-90%、0-30%和0-30%的比例混合后加入到溶剂中，充分搅拌后获得浆料；

（2）将铜集流体置于涂布机上，将步骤（1）获得的浆料喷涂在铜集流体表面；

（3）将步骤（2）的铜集流体的表面处理平整并烘干，然后对其形状和尺寸进行加工，得到电池极片。

（4）将步骤（3）获得的极片为正极，纯锂箔为负极，隔膜使用聚丙烯隔膜，电解液使用含有4 mol·L^-1双氟磺酰亚胺锂的乙二醇二甲醚溶液，在氩气氛围的手套箱中组装得到一种电池，对该电池先以1 mA的电流放电1 h，再以0.5 mA充电1 h，此时沉积0.5 mAh·cm^-2的沉积量，循环6次，得到3 mAh·cm^-2预沉积的锂，然后在手套箱中拆除电池，得到沉积金属锂后的极片即为负极。

作为本发明进一步的方案：步骤（1）将蒙脱土、粘结剂以及导电碳混合后加入到溶剂中得到的浆料固液比为每200 mg固体粉末需要0.5-2 mL溶剂。

作为本发明进一步的方案：步骤（1）充分搅拌的时间为6-12 h。

作为本发明进一步的方案：步骤（3）将步骤（2）所述铜集流体的表面处理平整使浆料厚度为6-30 μm。

作为本发明进一步的方案：步骤（3）极片为直径12 mm的圆形。