專利名稱：一種大功率金屬鋰電池用負電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種大功率金屬鋰電池用負電極。
背景技術(shù)：
金屬鋰電池因其具有較高的工作電壓和放電比容量，長期以來備受關(guān)注。目前商業(yè)化比較成熟的金屬鋰電池主要有鋰-碘電池、鋰-二氧化錳電池、鋰-亞硫酰氯電池等， 在日常消費電子產(chǎn)品以及便攜式移動通訊中應(yīng)用非常廣泛。目前公知的金屬鋰電池通常使用鋰箔作為制作負極的材料，集流體材料為鎳基和銅基材料，形態(tài)為二維網(wǎng)狀或箔狀，通過將鋰箔與銅/鎳網(wǎng)或銅/鎳箔在一定壓力下壓合得到金屬鋰電極。這種金屬鋰電極的界面性質(zhì)在很大程度上影響著電極的放電性能。研究表明，金屬鋰在非水電解質(zhì)溶液中的交換電流密度很小(<0. 85mA/cm2)，使得其在該類電解質(zhì)溶液中無法進行大電流放電，這嚴重制約了鋰電池的倍率放電性能，導(dǎo)致金屬鋰電池的倍率特性較差，而鋰電極又是決定電池放電性能的關(guān)鍵所在，因此，在需要大功率電能輸出的場合，如電動工具或電動汽車中，鋰箔負極的金屬鋰電池難以得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種放電電流密度大、放電倍率特性高、能夠滿足大功率電能輸出的大功率金屬鋰電池用負電極。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
一種大功率金屬鋰電池用負電極，包括填充含有金屬鋰的金屬集流體，焊接在金屬集流體邊角處的電流引出線，其特點是所述金屬鋰為粒徑10Um-150Um的粉末鋰，所述金屬集流體為孔隙率50%-98%的三維多孔結(jié)構(gòu)金屬集流體。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案 所述金屬集流中還填充有導(dǎo)電劑。所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳粉Super P、導(dǎo)電碳粉VGCF、導(dǎo)電乙炔黑、導(dǎo)電銀粉、活性碳粉和導(dǎo)電銀粉中的一種。所述泡沫金屬集流體為泡沫銅或泡沫鎳。所述電流弓丨出線為銅絲或鎳絲。所述粉末鋰與導(dǎo)電劑為體積比9:1均勻混合。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是
1、本發(fā)明采用了含有粉末鋰的電極，使得活性物質(zhì)粉末化，有效增加了電極的比表面積，可達到0. 4m2/g,是傳統(tǒng)鋰箔電極比表面積的4倍以上；并且由于粉末電極中存在大量的孔隙，有利用電解液對其內(nèi)部的浸潤，改善了電解液與金屬鋰的界面相容性，降低了電極的反應(yīng)阻抗，大大提高了界面反應(yīng)活性，從而提高了電極的放電電流密度，有效改善了電池的放電倍率特性，采用該電極制備的金屬鋰電池能夠滿足大功率電能輸出，可廣泛應(yīng)用于大功率動力電動工具和電動車等領(lǐng)域。
2、本發(fā)明采用了三維多孔結(jié)構(gòu)的泡沫銅或泡沫鎳作為電極集流體，既保證了粉末鋰與電極集流體直接接觸部分的粘接牢固，又保證了粉末鋰與粉末鋰之間的粘接力，有效防止了電極在使用過程中的脫粉。3、本發(fā)明通過在粉末鋰中摻入了導(dǎo)電粉末，進一步提高了粉末鋰電極的放電性能。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝簡便，過程容易實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明大功率金屬鋰電池用負電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1-電流引出線，2-粉末鋰，3-導(dǎo)電劑，4-金屬集流體。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 1詳細說明如下
一種大功率金屬鋰電池用負電極，包括填充含有金屬鋰的金屬集流體4，焊接在金屬集流體邊角處的電流引出線1。本發(fā)明的創(chuàng)新點是所述金屬鋰為粒徑10um-150um的粉末鋰2，所述金屬集流體為孔隙率50%-98%的三維多孔結(jié)構(gòu)金屬集流體；所述金屬集流中還填充有導(dǎo)電劑3 ；所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳粉Super P、導(dǎo)電碳粉VGCF、導(dǎo)電乙炔黑、導(dǎo)電銀粉、活性碳粉和導(dǎo)電銀粉中的一種；所述泡沫金屬集流體為泡沫銅或泡沫鎳；所述電流引出線為銅絲或鎳絲；所述粉末鋰與導(dǎo)電劑為體積比9:1均勻混合。實施例1
⑴粉末鋰的制備
惰性Ar氣保護下，將185°C _250°C熔融金屬鋰與熱硅油按體積比1:40-1:120混合， 倒入高速分散攪拌機中，在600 6000rp/min條件下分散攪拌60-180分鐘，形成鋰的乳濁液，然后在快速冷卻機中將所述鋰的乳濁液迅速冷卻至25°C的室溫，形成鋰的混合液，再將混合液倒入40-800目篩中，得到濕粉末鋰；將所述濕粉末鋰用無水環(huán)己烷充分清洗，除去表面附著的硅油，然后在真空烘箱中90°C -120°C干燥12-Mh，過40-800目篩網(wǎng)后，制得粒徑為10um-150um的粉末鋰；
⑵金屬集流體的選用和焊接
選用孔隙率為50% 95%、面積IOcm2-IOOcm2、厚度lmm-2mm的泡沫銅作為金屬集流體， 通過超聲焊在金屬集流體的邊角處焊接銅絲或鎳絲作為電流引出線； ⑶填充
將步驟⑵中焊有電流引出線的泡沫銅水平放置在不銹鋼平板上，稱取步驟⑴制備的粉末鋰lg_200g均勻撒落在泡沫銅表面，并用毛刷輕掃，使停留在泡沫銅表面的鋰粉繼續(xù)下落至泡沫銅空隙中，直至泡沫銅內(nèi)部空隙被粉末鋰完全充滿； ⑷壓制成型
將步驟⑶中充滿粉末鋰的泡沫銅置于油壓機上，在0. OlMpa-SOMpa壓力下壓制2 秒-120秒成型，即為填充在泡沫銅中的全鋰粉粉末鋰電極。
4CN 102437313 A
說明書
3/3頁實施例2
將實施例1中制備的粉末鋰過篩至粒徑為IOum粉末鋰與粒徑為lum-50um的導(dǎo)電碳粉 Super P按體積比9:1均勻混合，稱取該混合粉末lg_200g均勻撒落在泡沫銅表面，其余步驟與實施例1相同，即制成填充在泡沫銅中含導(dǎo)電碳粉Super P的粉末鋰電極。實施例3
將實施例2中的導(dǎo)電碳粉Super P更換為粒徑lum-50um的導(dǎo)電碳粉VGCF，其余步驟與實施例1相同，即制成填充在泡沫銅中含導(dǎo)電碳粉VGCF的粉末鋰電極。實施例4
將實施例2中的導(dǎo)電碳粉Super P更換為粒徑lum-50um的導(dǎo)電乙炔黑，其余步驟與實施例1相同，即制成填充在泡沫銅中含導(dǎo)電乙炔黑的粉末鋰電極。實施例5
將實施例2中的導(dǎo)電碳粉Super P更換為粒徑lum-50um的導(dǎo)電銀粉，其余步驟與實施例1相同，即制成填充在泡沫銅中含導(dǎo)電銀粉的粉末鋰電極。實施例6
將實施例2中的導(dǎo)電碳粉Super P更換為粒徑lum-50um的活性碳粉，其余步驟與實施例1相同，即制成填充在泡沫銅中含活性碳粉的粉末鋰電極。實施例7
將實施例1中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例1相同，即制成填充在泡沫鎳中全粉末鋰的粉末鋰電極。實施例8
將實施例2中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例2相同，即制成填充在泡沫鎳中含導(dǎo)電碳粉Super P的粉末鋰電極。實施例9
將實施例3中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例3相同，即制成填充在泡沫鎳中含導(dǎo)電碳粉VGCF的粉末鋰電極。實施例10
將實施例4中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例4相同，即制成填充在泡沫鎳中含導(dǎo)電乙炔黑的粉末鋰電極。實施例11
將實施例5中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例5相同，即制成填充在泡沫鎳中含導(dǎo)電銀粉的粉末鋰電極。實施例12
將實施例6中的金屬集流體泡沫銅更換為泡沫鎳，其余與實施例6相同，即制成填充在泡沫鎳中含活性碳粉的粉末鋰電極。上述粉末鋰電極，用于金屬鋰電池中，金屬鋰電池具有大功率電能輸出的特點。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干變形和改進，這也應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種大功率金屬鋰電池用負電極，包括填充含有金屬鋰的金屬集流體，焊接在金屬集流體邊角處的電流引出線，其特征在于所述金屬鋰為粒徑10Um-150Um的粉末鋰，所述金屬集流體為孔隙率50%-98%的三維多孔結(jié)構(gòu)金屬集流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率金屬鋰電池用負電極，其特征在于所述金屬集流中還填充有導(dǎo)電劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率金屬鋰電池用負電極，其特征在于所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳粉Super P、導(dǎo)電碳粉VGCF、導(dǎo)電乙炔黑、導(dǎo)電銀粉、活性碳粉和導(dǎo)電銀粉中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率金屬鋰電池用負電極，其特征在于所述泡沫金屬集流體為泡沫銅或泡沫鎳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率金屬鋰電池用負電極，其特征在于所述電流引出線為銅絲或鎳絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率金屬鋰電池用負電極，其特征在于所述粉末鋰與導(dǎo)電劑為體積比9:1均勻混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率金屬鋰電池用負電極，包括填充含有金屬鋰的金屬集流體，其特點是所述金屬鋰為粉末鋰，所述金屬集流體為泡沫狀。本發(fā)明采用了含有粉末鋰的電極，使得活性物質(zhì)粉末化，增加了電極的比表面積，提高了電極放電電流密度，改善了電池放電倍率特性，采用該電極制備的金屬鋰電池能夠滿足大功率電能輸出；采用了三維多孔結(jié)構(gòu)的泡沫銅或泡沫鎳作為電極集流體，既保證了粉末鋰與電極集流體直接接觸部分的粘接牢固，又保證了粉末鋰與粉末鋰之間的粘接力，有效防止了電極在使用過程中脫粉；在粉末鋰中摻入了導(dǎo)電粉末，進一步提高了粉末鋰電極的放電性能。采用該電極制備的金屬鋰電池可廣泛應(yīng)用于大功率動力電動工具和電動車等領(lǐng)域。
文檔編號H01M4/80GK102437313SQ20111041141
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者丁飛, 劉興江, 張晶, 徐志彬, 桑林 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所