一種高安全性的金屬鋰負極的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于鋰電池技術領域，涉及一種金屬鋰負極，尤其涉及一種高安全性的金屬鋰負極。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池具有儲能大、無污染、重量輕等優(yōu)點，在便攜式電子設備、電動工具等領域已得到廣泛應用。然而在電動汽車、儲能等大型電池應用領域還存在一些發(fā)展瓶頸:使用安全性、循環(huán)壽命、能量密度等。
[0003]鋰離子電池以石墨為負極，石墨類負極理論容量為375mAh/g，已滿足不了高比能量鋰離子電池的需求。相比于石墨類負極，金屬鋰負極突顯眾多優(yōu)勢，較高的比能量，金屬鋰的理論容量高達3861 mAh/g，但由于金屬鋰負極在充放電過程中易產(chǎn)生枝晶，不僅使循環(huán)性能下降，嚴重時還會導致內(nèi)部短路，發(fā)生安全事故。所以抑制鋰枝晶的生長，提高循環(huán)效率，是開發(fā)以鋰為負極的高比能量二次電池的關鍵。
[0004]為抑制金屬鋰負極在充放電循環(huán)中生成鋰枝晶，研究人員做了大量研究，主要集中在對負極鋰的表面改性工作上，現(xiàn)多通過使用電解液添加劑來改性鋰負極的表面性能；但這種單一性的改性效果還不能達到實用標準，而且容易引起容量損失、內(nèi)阻增大、電化學性能變差等弊端。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述技術問題，本實用新型提供了一種高安全性的金屬鋰負極，大大提高了金屬鋰負極的安全性，具有較高電流密度，內(nèi)阻較小，同時提高了循環(huán)效率，為金屬鋰負極在高能量電池領域的應用提供了發(fā)展空間。
[0006]對此，本實用新型采用的技術方案為:一種高安全性的金屬鋰負極，包括鋰粉末多孔電極和硅基保護層，所述硅基保護層蒸鍍在所述鋰粉末多孔電極上，所述硅基保護層的厚度為0.02?0.其中，所述硅基保護層為將硅基材料采用真空鍍膜的方式蒸鍍在所述鋰粉末多孔電極上形成的。
[0007]上述方案中，由于鋰粉末多孔電極為粉末多孔電極，所述硅基保護層在采用真空鍍膜的方式將硅基材料蒸鍍在所述鋰粉末多孔電極的鋰粉末表面上時，所述硅基材料會進入到金屬鋰粉末多孔之間的間隙中，從而滲透到鋰粉末多孔電極中，因而能更好的保護金屬鋰負極，防止其在充放電過程中形成鋰枝晶，還更好的彌補了鍍膜負極的容量損失。
[0008]所述硅基保護層具有一定的儲鋰作用，而且與金屬鋰粉末電極為基礎，與集流體直接連接的金屬鋰粉末電極中的金屬鋰，使所述硅基保護層中的硅基材料一直處于淺充放電狀態(tài)，所述硅基保護層在充放電過程中與單獨的硅基負極相比，其體積變化較小，有利于硅基保護層穩(wěn)定的發(fā)揮對金屬鋰的安全保護作用，同時不影響金屬鋰負極的性能發(fā)揮。
[0009]采用此技術方案，在金屬鋰粉末電極上蒸鍍了一層硅基保護層，所述硅基保護層具有儲鋰功能，不僅起到了保護作用防止形成鋰枝晶，還彌補了鍍膜負極的容量損失；另夕卜，鋰粉末電極具有較大的比表面積，采用蒸鍍一層硅基保護層增強了結合度，使保護膜和基體接觸更完好，這樣為金屬鋰粉末電極提供了更大的電流密度和更小的內(nèi)阻，在提高電池的能量的同時，也提高了電池倍率充放電能力和使用壽命。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述硅基保護層的厚度為0.04-0.ιμπι。
[0011]作為本實用新型的進一步改進，所述鋰粉末多孔電極包括鋰粉和集流體，所述鋰粉末多孔電極為將鋰粉與粘結劑在溶劑中混勻后涂布于集流體上，通過壓片后形成的；其中，所述溶劑為四氫呋喃。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，所述鋰粉的粒徑為10~100Mm。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述鋰粉的粒徑為18~30μπι。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述集流體為銅箔。
[0015]進一步的，所述一種高安全性的金屬鋰負極采用如下步驟制備得到:
[0016]步驟S1:將熔融的金屬鋰與熱硅油混合后，攪拌均勻，所述熱硅油的溫度為230~250°C，攪拌速度為25000~30000rpm ;然后冷卻至室溫，得到金屬鋰粉，環(huán)己烷洗滌后，干燥得到粒度分布為18?30Pm金屬鋰粉。
[0017]步驟S2:將所述金屬鋰粉與粘結劑PVDF混合，然后加入四氫呋喃，在真空攪拌機中攪拌l~6h混勻漿料，然后將所述漿料涂布到預先處理好的銅箔上，進行晾干、壓片得到鋰粉末多孔電極；所述預先處理是指對銅箔進行清洗、除塵等常規(guī)處理。
[0018]步驟S3:將硅基材料和所述鋰粉末多孔電極放入真空鍍膜機的真空室內(nèi)，在真空條件下，將硅基材料蒸發(fā)，氣體離化原子沉積在所述鋰粉末多孔電極的表面形成膜厚為0.04 ~ 0.1Mm娃基保護層，得到高安全性的金屬鋰負極。
[0019]進一步優(yōu)化的，步驟SI中，所述熱硅油的溫度為240 °C，所述攪拌速度為28000rpmo
[0020]進一步優(yōu)化的，所述金屬鋰粉與粘結劑PVDF的質(zhì)量比為90:10?80:20 ;進一步優(yōu)化的，所述四氫呋喃的質(zhì)量為所述金屬鋰粉與粘結劑PVDF兩者總質(zhì)量的1.5?2.0倍。
[0021]進一步優(yōu)化的，步驟S2中，所述在真空攪拌機中攪拌的時間為2~4h。
[0022]進一步優(yōu)化的，步驟S2中，所述真空條件的真空壓強為10 4?10 2Pa0
[0023]進一步優(yōu)化的，所述硅基材料為非晶硅或硅氧烷中的至少一種。
[0024]對于上述高安全性的金屬鋰負極的制備方法，包括以下步驟:
[0025]步驟S1:將熔融的金屬鋰與熱硅油混合后，攪拌均勻，所述熱硅油的溫度為230~250°C，攪拌速度為25000~30000rpm ;然后冷卻至室溫，得到金屬鋰粉，環(huán)己烷洗滌后，干燥得到粒度分布為18?30Pm金屬鋰粉。
[0026]步驟S2:將所述金屬鋰粉與粘結劑PVDF混合，然后加入四氫呋喃，在真空攪拌機中攪拌l~6h混勻漿料，然后將所述漿料涂布到預先處理好的銅箔上，進行晾干、壓片得到鋰粉末多孔電極。
[0027]步驟S3:將硅基材料和所述鋰粉末多孔電極放入真空鍍膜機的真空室內(nèi)，在10 4?10 2Pa的真空條件下，將硅基材料蒸發(fā)，氣體離化原子沉積在所述鋰粉末多孔電極的表面形成膜厚為0.04?0.1Mffl硅基保護層，得到高安全性的金屬鋰負極；其中，所述硅基材料為非晶硅或硅氧烷中的至少一種。
[0028]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果為:
[0029]第一，所述高安全性的金屬鋰負極為在鋰粉末電極上蒸鍍了一層硅基保護膜，所述硅基保護膜具有儲鋰功能，不僅起到了保護作用，防止其在充放電過程中形成鋰枝晶，還彌補了鍍膜負極的容量損失，制得的二次鋰電池具有較高的