CN108767250A - 一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法以及在全固态锂离子电池中的应用 - Google Patents

一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法以及在全固态锂离子电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将钝化锂粉及导电剂在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；步骤2：注入由聚氧化乙烯及锂盐形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫金属烘干后，浸泡在复合负极浆料中；步骤4：取出后在真空干燥箱中干燥，然后将两块相同尺寸的泡沫金属在压片机上压力下压片，得到复合锂负极片。优点是：可减少甚至避免锂负极在循环过程中的粉化，为锂金属的大规模应用提供了一种可能。

Description

一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法以及在全固态锂 离子电池中的应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，涉及了一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，还涉及一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用。
背景技术
锂离子二次电池以其高的能量密度在能量储存技术中占据越来越重要的地位。自1991年进入市场后，已经广泛应用于便携式电子设备领域，但是目前传统锂离子电池已经不能满足对高能量密度储能设备不断增加的需求。金属锂由于其高比容量(3860mA·h/g)和低电化学势(–3.040V相对于标准氢电极)被认为是理想的高能量密度负极材料。然而金属锂负极在液态电解液中使用面临诸多问题，如不稳定的固态电解质膜(SEI)、循环过程中不可控的锂枝晶生长以及持续不断的金属锂与电解液之间的反应。并且液态电池容易发生液态电解液的泄漏和燃烧，多孔隔膜在循环过程中易被产生的锂枝晶刺穿而发生短路，产生过热或引起爆炸等安全问题，严重限制了锂离子电池在高安全、长循环寿命和环境友好型储能设备方面的发展。固态电解质由于不泄漏、易封装及工作温度范围宽等具有更高的安全性和易操作性。并且固态电解质具有较宽的电化学稳定窗口，可与高电压的电极材料配合使用，提高电池的能量密度；固态电解质具有高的机械强度，可以在电池循环过程中有效抑制锂枝晶的刺穿，使具有高理论能量密度的金属锂作为负极成为可能。因此，固态电解质为实现高能量密度和高安全性的金属锂电池的发展带来了曙光。然而在固态电池中，经历长循环后，锂金属负极依然会发生粉化，引起爆炸，为锂金属寻找一种支撑结构，可解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法以及在全固态锂离子电池中的应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将67-90质量份钝化锂粉及1-5质量份导电剂在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与2-7质量份聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；
步骤2：注入由5-12质量份聚氧化乙烯及5-12份锂盐形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；
步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫金属烘干后，浸泡在复合负极浆料中5-10min；
步骤4：取出后在真空干燥箱中60-80℃干燥12-24h，然后将两块相同尺寸的泡沫金属在压片机上8-10MPa压力下压片，得到复合锂负极片。
所述导电剂为Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT，石墨烯。
所述锂盐为LiTFSI，LiClO4，LiBF 4，LiPF6，LiAsF6。
所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁，泡沫镍，泡沫铁镍。
一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用，将泡沫金属支撑结构锂负极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂片组装得到固态锂离子半电池，在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压0.005-2.0V的条件下进行充放电循环测试，结果显示首次充电比容量为1500-1600mAh/g，循环200周后，容量保持率为85-90％。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：可减少甚至避免锂负极在循环过程中的粉化，为锂金属的大规模应用提供了一种可能。
附图说明
图1为泡沫金属支撑结构锂负极/Li制备的固态半电池循环图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
如图1所示：本发明的一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将90质量份钝化锂粉及3质量份Surpe-P在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与3质量份聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；
步骤2：注入由5质量份聚氧化乙烯及5份LiTFSI形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；
步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫铜烘干后，浸泡在复合负极浆料中10min；
步骤4：取出后在真空干燥箱中80℃干燥24h，然后将两块相同尺寸的泡沫铜在压片机上10MPa压力下压片，得到复合锂负极片。
一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用，将泡泡沫铜支撑结构锂负极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂片组装得到固态锂离子半电池，在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压0.005-2.0V的条件下进行充放电循环测试，结果显示首次充电比容量为1560mAh/g，循环200周后，容量保持率为90％。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：可减少甚至避免锂负极在循环过程中的粉化，为锂金属的大规模应用提供了一种可能。
实施例二：
一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将80质量份钝化锂粉及4质量份乙炔黑在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与4质量份聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；
步骤2：注入由8质量份聚氧化乙烯及8份LiClO4形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；
步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫镍烘干后，浸泡在复合负极浆料中8min；
步骤4：取出后在真空干燥箱中70℃干燥18h，然后将两块相同尺寸的泡泡沫镍在压片机上9MPa压力下压片，得到复合锂负极片。
一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用，将泡沫镍支撑结构锂负极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂片组装得到固态锂离子半电池，在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压0.005-2.0V的条件下进行充放电循环测试，结果显示首次充电比容量为1600mAh/g，循环200周后，容量保持率为87％。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：可减少甚至避免锂负极在循环过程中的粉化，为锂金属的大规模应用提供了一种可能。
实施例三：
一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将70质量份钝化锂粉及5质量份石墨烯在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与5质量份聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；
步骤2：注入由12质量份聚氧化乙烯及12份LiAsF6形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；
步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫铁镍烘干后，浸泡在复合负极浆料中8min；
步骤4：取出后在真空干燥箱中60℃干燥12h，然后将两块相同尺寸的泡沫铁镍在压片机上8MPa压力下压片，得到复合锂负极片。
一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用，将泡沫铁镍支撑结构锂负极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂片组装得到固态锂离子半电池，在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压0.005-2.0V的条件下进行充放电循环测试，结果显示首次充电比容量为1508mAh/g，循环200周后，容量保持率为85％。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：可减少甚至避免锂负极在循环过程中的粉化，为锂金属的大规模应用提供了一种可能
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在惰性气氛下，将67-90质量份钝化锂粉及1-5质量份导电剂在真空搅拌机中共混，将共混后的混合粉末与2-7质量份聚偏氟乙烯混合均匀后分散在NMP之中；
步骤2：注入由5-12质量份聚氧化乙烯及5-12份锂盐形成的配合物电解质，用真空搅拌机充分搅拌均匀以得到复合负极浆料；
步骤3：将无水乙醇处理过的泡沫金属烘干后，浸泡在复合负极浆料中5-10min；
步骤4：取出后在真空干燥箱中60-80℃干燥12-24h，然后将两块相同尺寸的泡沫金属在压片机上8-10MPa压力下压片，得到复合锂负极片。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，其特征在于：所述导电剂为Surpe-P，乙炔黑，KS-6，CNT，石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，其特征在于：所述锂盐为LiTFSI，LiClO4，LiBF 4，LiPF6，LiAsF6。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫金属支撑结构锂负极片的制备方法，其特征在于：所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁，泡沫镍，泡沫铁镍。
5.一种泡沫金属支撑结构锂负极片在全固态锂离子电池中的应用，其特征在于：将泡沫金属支撑结构锂负极片与聚氧化乙烯基锂离子导体固体电解质、锂片组装得到固态锂离子半电池，在60℃、0.1C充放电，充放电截止电压0.005-2.0V的条件下进行充放电循环测试，结果显示首次充电比容量为1500-1600mAh/g，循环200周后，容量保持率为85-90％。
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