本發(fā)明涉及鋰電池負極制備方法。屬于固態(tài)電池及液態(tài)電池領域。

背景技術：

相比于目前商業(yè)中應用于鋰離子電池中的石墨負極，鋰金屬負極理論上可以提供更多的容量(3860mah/g，石墨負極：370mah/g)，鋰金屬負極有望在下一代便攜式電子設備以及電動汽車等領域實現較大的應用。以金屬鋰為負極的鋰硫電池和鋰空電池逐漸受到研究人的關注，成為近年來學術和產業(yè)界研究的熱點。但是，鋰金屬負極的研究還存在許多問題，其中最重要的一個便是枝晶的生長。枝晶是由于鋰離子負極多次沉積/析出過程中，負極出現的樹枝狀的鋰沉積物。枝晶生長會帶來兩個方面的問題：(1)枝晶會刺穿隔膜導致電池短路，正負極內部的短路電流在電池內部生熱，造成電池系統熱失控，進而引發(fā)電池著火甚至爆炸等一系列安全問題；(2)枝晶會增加電解液與金屬鋰的副反應，消耗鋰活性物質，降低電池利用率。脫離集流體的鋰枝晶即為死鋰，死鋰的出現會減少可利用的活性物質，降低電池的效率和循環(huán)壽命。

目前無法從根本上避免鋰枝晶的出現，基于金屬鋰負極的鋰電池仍處于實驗室階段，鮮有工業(yè)成果問世。

技術實現要素：

本發(fā)明是為了解決目前傳統的石墨負極克比容量低，枝晶易生長，首次庫倫效率低，電池能量密度低的問題?，F提供鋰電池負極制備方法。

鋰電池負極制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將質量百分含量為75％～90％的碳類材料、質量百分含量為5％～20％的導電劑和質量百分含量為5％～10％的粘結劑進行混合形成吸附或者多孔的中間物質層，再將中間物質層按照1um～70um的厚度涂覆在集流體上；

步驟二、在中間物質層上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層；

步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳連接在集流體上，完成鋰電池負極的制備。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的鋰電池負極由底層的集流體、中間物質層和附著于中間物質層上的金屬鋰層或金屬鈉層構成，其中，中間物質層由以下質量百分含量表示的組份組成：碳類材料75％～90％、導電劑5％～20％和粘結劑5％～10％，中間物質層的厚度為1um～70um；金屬鋰層或金屬鈉層經蒸渡金屬鋰于中間物質層上得到，其中，金屬鋰層或金屬鈉層厚度為1um～30um的致密均勻的金屬鋰層或金屬鈉層。本發(fā)明的鋰電池負極，利用中間物質層可以調控鋰離子在負極表面的分布，避免鋰離子電池在時間和空間上的聚集，實現鋰離子在負極表面的均勻分布，從而抑制鋰枝晶的出現，提高了鋰金屬電池的安全性能。該鋰電池負極與具有高比容量正極材料如硫磺、空氣等耦合，對于構筑高能量密度、高穩(wěn)定性、高安全性的鋰電池系統具有重要意義。

本技術：
構成的鋰電池負極可以應用在固態(tài)電池領域及液態(tài)電池領域，蒸渡的鋰金屬或金屬鈉可以抑制電池充放電過程中鋰支晶的產生，提高了電池的安全性，而且這種新型鋰電池負極可以減少電池在化成過程中不可逆容量損失，提高了電池的首次庫倫效率，既而使正極材料克容量發(fā)揮提高3％-20％。

將本申請的鋰電池負極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，電池首次庫倫效率為97％，而采用傳統的石墨負極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，其首次庫倫效率為92％。

將本申請的鋰電池負極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，進行循環(huán)200周容量衰減1.8％，而采用純金屬鋰片做負極與鎳鈷鋁三元正極材料組裝成紐扣電池，循環(huán)200周容量衰減3.4％。

將本申請的鋰電池負極與傳統石墨負極相比匹配相同鎳鈷鋁三元正極材料，本申請的鋰電池負極質量比傳統石墨負極減輕10％～80％，厚度相比于傳統負極減薄10％～90％。

所以，本申請構成的鋰電池負極的負極質量比傳統石墨負極減輕10％～80％，厚度相比于傳統負極減薄10％～90％，大大提高了負極材料的克比容量，可以將電池的能量密度提高1～4倍，提高了電池的能量利用率。

附圖說明

圖1為鋰電池負極的外部結構示意圖，其中，附圖標記1表示中間物質層，附圖標記2表示金屬鋰層或金屬鈉層，附圖標記3表示極耳；

圖2為鋰電池負極的內部結構示意圖，其中，附圖標記4表示集流體(銅箔)。

具體實施方式

具體實施方式一：參照圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式所述的鋰電池負極制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將質量百分含量為75％～90％的碳類材料、質量百分含量為5％～20％的導電劑和質量百分含量為5％～10％的粘結劑進行混合形成吸附或者多孔的中間物質層1，再將中間物質層1按照1um～70um的厚度涂覆在集流體4上；

步驟二、在中間物質層1上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層2；

步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳3連接在集流體4上，完成鋰電池負極的制備。

本實施方式中，利用中間物質層可以調控鋰離子在負極表面的分布，避免鋰離子電池在時間和空間上的聚集，實現鋰離子在負極表面的均勻分布，從而抑制鋰枝晶的出現。該蒸渡的金屬鋰層通過對鋰離子有較強吸附作用的中間物質層來實現的。該鋰電池負極的結構可以有效抑制鋰枝晶的產生，提高了電池安全性，提高了電池的能量利用率，如配合高比容量正極材料使用，將有助于推進新型高能量密度鋰電池的實用化進程。

本實施方式中，質量百分含量為75％～90％的碳類材料表示碳類材料的質量占中間物質層1的總質量的比為75％～90％；質量百分含量為5％～20％的導電劑表示導電劑的質量占中間物質層1的總質量的比為5％～20％；質量百分含量為5％～10％的粘結劑表示粘結劑的質量占中間物質層1的總質量的比為5％～10％。

具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負極制備方法作進一步說明，本實施方式中，在集流體4上涂覆的碳類材料混合形成的中間物質層1，詳見步驟一和在中間物質層1上蒸渡的金屬鋰或金屬鈉，詳見步驟二。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負極制備方法作進一步說明，本實施方式中，步驟一中的碳類材料包括軟碳、硬碳、硅碳和石墨的所有種類中的一種或幾種。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一所述的鋰電池負極制備方法作進一步說明，本實施方式中，中間物質層1、金屬鋰層和金屬鈉層均為鋰電池負極的活性物質。

技術特征：

技術總結
鋰電池負極制備方法，涉及固態(tài)電池及液態(tài)電池領域。本發(fā)明是為了解決目前傳統的石墨負極克比容量低，枝晶易生長，首次庫倫效率低，電池能量密度低的問題。步驟一、將質量百分含量為75％～90％的碳類材料、質量百分含量為5％～20％的導電劑和質量百分含量為5％～10％粘結劑按照一定配比混合形成吸附或者多孔的中間物質層，再將中間物質層按照1um～70um的厚度涂覆在集流體上；步驟二、在中間物質層上均勻的蒸渡厚度為1um～30um的金屬鋰層或金屬鈉層；步驟三、完成步驟一和步驟二的操作后，將極耳連接在集流體上，完成鋰電池負極的制備。它應用在固態(tài)電池領域及液態(tài)電池領域。

技術研發(fā)人員：宋殿權;張春濤;王永鶴
受保護的技術使用者：哈爾濱光宇電源股份有限公司
技術研發(fā)日：2017.05.15
技術公布日：2017.08.25