CN110085804A - 一种超轻质复合负极及含有该负极的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超轻质复合负极，属于锂离子电池技术领域，具体技术方案为：一种超轻质复合负极，其特征在于：包括高分子多孔聚合物膜，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和/或储锂涂层，所述真空镀层的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。所述超轻质复合负极具有质量轻、厚度薄、比容量高、力学性能佳、加工性能好的特点，可应用于高能量密度锂离子电池。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种超轻质复合负极及含有该负极的锂离子电池。
背景技术
随着锂离子电池在动力和数码等领域的应用，常规碳基负极材料已经不能满足市场对于锂离子电池能量密度的更高要求。锂金属负极具有高比容量(3860mAh/g)和低还原电位的优点，在全固态锂电池、锂硫电池中具有良好的应用前景。受制于工程技术原因，现有锂金属负极存在加工困难的技术问题，很难做到超薄超轻。由于金属锂自身的机械强度较差，锂金属负极通常压延涂布在金属铜带上，由于铜的密度较高，锂离子电池的能量密度会大幅降低。
锂金属负极的应用研究主要从锂离子的均匀电化学沉积/剥离和锂金属负载体改性等方面进行。为改善锂离子在锂金属负极表面的沉积均匀性，提高锂离子电池的能量密度及电化学性能。申请号为CN201710890899.2的中国发明专利申请公开了一种锂铜复合负极箔片的制备方法，采用间隔式局部压力增强的方法将锂金属箔片均匀粘附在铜箔表面上，制备锂铜复合负极，但是该发明中负极存在质量偏重的情况。申请号为CN201410714366.5的中国发明专利申请公开了一种高强度超薄复合锂箔及其制作方法，其将锂金属与纤维加热混合碾压成型，制备复合锂金属负极，但是该专利申请中锂金属负极力学性能提升有限，影响其加工效果。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种超轻质复合负极，制得的负极具有质量轻、厚度薄、比容量高、力学性能佳、加工性能好的特点，可应用于高能量密度锂离子电池。
本发明的第二个目的是提供一种锂离子电池，所述锂离子电池含有超轻质复合负极。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和/或储锂涂层，所述真空镀层的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和储锂涂层，所述真空镀层镀在高分子多孔聚合物膜上得到复合体Ⅰ，所述储锂涂层涂覆在所述复合体Ⅰ上。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜上设置有真空镀层和储锂涂层，所述储锂涂层涂覆在高分子多孔聚合物膜上得到复合体Ⅱ，所述真空镀层镀在所述复合体Ⅱ上。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜的聚合物材料密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
进一步的，所述储锂涂层的厚度为0.1～10um。
进一步的，所述真空镀层的厚度为1～100nm。
进一步的，所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。
进一步的，所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。
进一步的，所述高分子聚合物膜的材质为聚烯烃、聚腈类、聚酯、导电聚合物、含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
一种含有上述的超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极。
本发明的有益效果：
本发明区别于传统的锂离子电池负极材料，采用以高分子多孔聚合物膜为骨架，通过在其表面进行真空镀与锂相容性好的合金材料，在高分子多孔聚合物膜表面形成连续导锂导电子通道，得到超轻质复合负极。
常规锂金属负极主要是以铜箔骨架镀锂或热压锂金属、纯锂金属负极、复合锂金属负极等，铜箔骨架镀锂或热压锂金属负极的主要缺点是负极质量偏重，纯锂金属负极的主要缺点是力学性能差且存在多余的锂金属，复合锂金属负极存在厚度超厚和质量偏重的问题。本发明以高分子多孔聚合物为骨架，该高分子多孔聚合物骨架，在与锂金属同等厚度情况下，其质量要低于锂金属。锂金属密度为0.534g/cm3，高分子材料密度为0.80～2.30g/cm3，同样体积情况下，高分子多孔聚合物膜质量低于锂金属质量。本发明以该高分子多孔聚合物薄膜作为骨架结构，以真空镀方式，在其表面得到连续储锂活性物质层。
本发明制备的超轻质复合负极主要优点有：质量轻，以高分子多孔聚合物为骨架在其表面进行镀与锂相容性好的合金材料制备负极，该负极与同等厚度的锂金属负极质量相比质量要轻；高比容量，本发明超轻质负极在其表面进行镀与锂相容性好的合金材料，储锂活性物质是与锂相容性好的锂基合金金属，具有较高的比容量；厚度薄，本发明超轻质复合负极以高分子多孔聚合物为骨架在其表面进行镀与锂相容性好的合金材料层制备负极，制备的负极与现有商业化负极相比，厚度明显下降；力学性能好，本发明超轻质复合负极以高分子多孔聚合物为骨架，在其表面镀与锂相容性好的合金材料，与纯锂金属负极相比，力学性能和加工性能明显改善。
与此同时，在该发明中可以通过控制高分子聚合物骨架孔隙率、分子量、种类、负极储锂活性物质层厚度和种类等，得到超轻质超薄的高容量负极，该负极在高能量密度的锂离子电池中具有良好的应用潜力。
附图说明
图1：静电纺丝多孔聚合物膜的结构示意图；
图2：真空蒸镀后静电纺丝多孔聚合物膜的结构示意图；
图3：真空蒸镀后单面涂布储锂涂层静电纺丝多孔聚合物膜结构示意图；
图4：真空蒸镀后双面涂布储锂涂层静电纺丝多孔聚合物结构示意图；
图5：单面涂布储锂涂层，再真空蒸镀后静电纺丝多孔聚合物结构示意图；
图6：双面涂布储锂涂层，再真空蒸镀后静电纺丝多孔聚合物结构示意图；
图7：本发明超轻质复合负极实际产品图；
图8：高分子多孔聚合物膜SEM结构；
图3-图6中图形圆圈代表负极活性物质，曲线代表粘结剂；
图中：1、高分子多孔聚合物膜，11、聚合物，12、孔，2、真空镀层，3、储锂涂层。
具体实施方式
下面结合附图1-8并通过具体实施方式对本发明做进一步的说明，以下具体实施方式中，粘结剂、导电剂为锂离子电池负极中的常规材料，高分子多孔聚合物膜的制备方法为锂离子电池隔膜湿法制备工艺或静电纺丝技术，属于现有技术。
具体实施方式一
一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜1，所述高分子多孔聚合物膜1上设置有真空镀层2，所述真空镀层2的材料为与锂相容性好的合金材料。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜1具有多孔12结构，聚合物11材料的密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
进一步的，所述真空镀层2的厚度为1～100nm。
进一步的，所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。
进一步的，所述高分子聚合物膜1的材质为聚烯烃(优选聚乙烯、聚丙烯、聚对苯撑乙烯、聚苯乙烯、烯烃共聚物)、聚腈类(优选聚丙烯腈、芳腈基聚合物、腈类共聚物)、聚酯(优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、酯类共聚物)、导电聚合物(优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔)、含氟聚合物(优选聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
一种上述超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺或采用静电纺丝技术,制备高分子多孔聚合物膜1；
步骤二：在高分子多孔聚合物膜1上真空镀与锂相容性好的合金材料得到所述超轻质复合负极；
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元电池材料、锰酸锂、镍钴铝三元电池材料、富锂锰基材料、硫中的一种或几种。
具体实施方式二
一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜1，所述高分子多孔聚合物膜1上设置有储锂涂层3，所述储锂涂层3的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜1具有多孔12结构，聚合物11材料的密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
进一步的，所述储锂涂层3的厚度为0.1～10um。
进一步的，所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。
进一步的，所述高分子聚合物膜1的材质为聚烯烃(优选聚乙烯、聚丙烯、聚对苯撑乙烯、聚苯乙烯、烯烃共聚物)、聚腈类(优选聚丙烯腈、芳腈基聚合物、腈类共聚物)、聚酯(优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、酯类共聚物)、导电聚合物(优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔)、含氟聚合物(优选聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
一种上述超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺或采用静电纺丝技术,制备高分子多孔聚合物膜1；
步骤二：按质量份计，将0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质、1份～5份导电剂、30份～100份溶剂均匀混合后，涂布在所述高分子多孔聚合物膜1上，40～60℃干燥5～10h后，0.5～3MPa压制5～20min，得到超轻质复合负极。
进一步的，步骤二中所述溶剂为去离子水、甲苯、乙腈、四氢呋喃、苯、丙酮、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种。
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元电池材料、锰酸锂、镍钴铝三元电池材料、富锂锰基材料、硫中的一种或几种。
具体实施方式三
一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜1，所述高分子多孔聚合物膜1上设置有真空镀层2和储锂涂层3，所述真空镀层2的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层3的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。
进一步的，所述真空镀层2镀在高分子多孔聚合物膜1上得到复合体Ⅰ，所述储锂涂层3涂覆在所述复合体Ⅰ上。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜1具有多孔12结构，聚合物11材料的密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
进一步的，所述储锂涂层3的厚度为0.1～10um。
进一步的，所述真空镀层2的厚度为1～100nm。
进一步的，所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。
进一步的，所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。
进一步的，所述高分子聚合物膜1的材质为聚烯烃(优选聚乙烯、聚丙烯、聚对苯撑乙烯、聚苯乙烯、烯烃共聚物)、聚腈类(优选聚丙烯腈、芳腈基聚合物、腈类共聚物)、聚酯(优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、酯类共聚物)、导电聚合物(优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔)、含氟聚合物(优选聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
一种上述超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺或采用静电纺丝技术,制备高分子多孔聚合物膜1；
步骤二：在高分子多孔聚合物膜1上真空镀与锂相容性好的合金材料得到复合体Ⅰ；
步骤三：按质量份计，将0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质、1份～5份导电剂、30份～100份溶剂均匀混合后，涂布在所述复合体Ⅰ上，40～60℃干燥5～10h后，0.5～3MPa压制5～20min，得到超轻质复合负极。
进一步的，步骤三中所述溶剂为去离子水、甲苯、乙腈、四氢呋喃、苯、丙酮、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种。
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元电池材料、锰酸锂、镍钴铝三元电池材料、富锂锰基材料、硫中的一种或几种。
具体实施方式四
一种超轻质复合负极，包括高分子多孔聚合物膜1，所述高分子多孔聚合物膜1上设置有真空镀层2和储锂涂层3，所述真空镀层2的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层3的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。
进一步的，所述储锂涂层3涂覆在高分子多孔聚合物膜1上得到复合体Ⅱ，所述真空镀层2镀在所述复合体Ⅱ上。
进一步的，所述高分子多孔聚合物膜1具有多孔12结构，聚合物11材料的密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
进一步的，所述储锂涂层3的厚度为0.1～10um。
进一步的，所述真空镀层2的厚度为1～100nm。
进一步的，所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。
进一步的，所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。
进一步的，所述高分子聚合物膜1的材质为聚烯烃(优选聚乙烯、聚丙烯、聚对苯撑乙烯、聚苯乙烯、烯烃共聚物)、聚腈类(优选聚丙烯腈、芳腈基聚合物、腈类共聚物)、聚酯(优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、酯类共聚物)、导电聚合物(优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔)、含氟聚合物(优选聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
一种上述超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺或采用静电纺丝技术,制备高分子多孔聚合物膜1；
步骤二：按质量份计，将0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质、1份～5份导电剂、30份～100份溶剂均匀混合后，涂布在所述高分子多孔聚合物膜1上，40～60℃干燥5～10h后，0.5～3MPa压制5～20min，得到复合体Ⅱ；
步骤三：在复合体Ⅱ上真空镀与锂相容性好的合金材料得到超轻质复合负极。
进一步的，步骤二中所述溶剂为去离子水、甲苯、乙腈、四氢呋喃、苯、丙酮、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种。
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元电池材料、锰酸锂、镍钴铝三元电池材料、富锂锰基材料、硫中的一种或几种。
实施例1
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺制备多孔聚乙烯膜，其中聚乙烯材料密度ρ为0.95g/cm3，多孔聚乙烯膜的孔隙率α为50％，多孔聚乙烯膜的密度为ρ(1-α)＝0.475g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.475<0.534；
步骤二：按质量份计，将0.5份聚丙烯酸酯粘结剂、20份碳材料、1份炭黑导电剂、30份甲苯均匀混合后，单面涂布在聚乙烯膜上，经45℃真空干燥10小时，2MPa压制15分钟后，得到含有碳材料涂层的多孔聚乙烯膜，其中碳材料涂层的厚度为0.1um；
步骤三：将步骤二中的含有碳材料涂层的高分子多孔聚乙烯膜进行真空镀锂铝合金，得到超轻质复合负极，其中锂铝合金镀层的厚度为1nm。
一种锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为磷酸铁锂。
实施例2
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝制备多孔聚酰亚胺膜，其中聚酰亚胺材料密度ρ为1.38g/cm3，多孔聚酰亚胺膜的孔隙率α为75％，多孔聚酰亚胺膜的密度为ρ(1-α)＝0.345g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.345<0.534；
步骤二：按质量份计，将5份丁苯橡胶粘结剂、50份硅基材料、5份导电剂、100份去离子水均匀混合后，双面涂布在聚酰亚胺膜上，经50℃真空干燥5小时，1MPa压制5分钟后，得到含有硅基材料涂层的聚酰亚胺膜，其中硅基材料涂层的厚度为0.1um；所述硅基材料为氧化亚硅；
步骤三：将步骤二中的含有硅基材料涂层的高分子多孔聚酰亚胺膜进行真空镀锂铟合金，得到超轻质复合负极，其中锂铟合金镀层的厚度为1nm。
一种锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为钴酸锂。
实施例3
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺制备多孔聚乙烯膜，其中聚乙烯材料密度ρ为0.95g/cm3，多孔聚乙烯膜的孔隙率α为50％，多孔聚乙烯膜的密度为ρ(1-α)＝0.475g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.475<0.534；
步骤二：将步骤一中的多孔聚乙烯膜进行真空镀锂铝合金，得到镀有锂铝合金的多孔聚乙烯膜，其中锂铝合金镀层的厚度为1nm；
步骤三：按质量份计，将1份聚丙烯酸酯粘结剂、5份碳材料、2份炭黑导电剂、40份甲苯均匀混合后，单面涂布在镀有锂铝合金的多孔聚乙烯膜上，经50℃真空干燥6小时，1MPa压制10分钟后，得到超轻质复合负极。其中碳材料涂层的厚度为0.2um。
一种锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为镍钴锰三元材料。
实施例4
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用锂离子电池隔膜湿法制备工艺制备多孔聚丙烯膜，其中聚丙烯材料密度ρ为0.91g/cm3，多孔聚丙烯膜的孔隙率α为45％，多孔聚丙烯膜的密度为ρ(1-α)＝0.5g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.5<0.534；
步骤二：按质量份计，将2份聚丙烯酸酯、30份碳材料、3份导电剂碳纳米管、70份甲苯均匀混合后，双面涂布在聚丙烯膜上，经60℃真空干燥8小时，0.5MPa压制20分钟后，得到含有碳材料涂层的聚丙烯膜，其中碳材料涂层的厚度为0.1um；
步骤三：将步骤二中的含有碳材料涂层的高分子多孔聚丙烯膜进行真空镀锂锌合金，得到超轻质复合负极，其中锂锌合金镀层的厚度为1nm。
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为镍钴铝三元材料。
实施例5
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝制备多孔聚苯胺膜，其中聚苯胺材料密度ρ为0.804g/cm3，聚苯胺多孔膜的孔隙率α为40％，聚苯胺多孔膜的密度为ρ(1-α)＝0.4824g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.4824<0.534；
步骤二：按质量份计，将4份丁苯橡胶粘结剂、40份碳材料、4份导电剂、80份去离子水均匀混合后，双面涂布在聚苯胺膜上，经40℃真空干燥7小时，3MPa压制15分钟后，得到含有碳材料涂层的聚苯胺膜，其中碳材料涂层的厚度为0.5um；
步骤三：将步骤二中的含有碳材料涂层的高分子多孔聚苯胺膜进行真空镀锂镁合金，得到超轻质复合负极，其中锂镁合金镀层的厚度为3nm；
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为钴酸锂。
实施例6
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝制备多孔聚吡咯膜，其中聚吡咯材料密度ρ为0.970g/cm3，聚吡咯膜的孔隙率α为60％，聚吡咯膜的密度为ρ(1-α)＝0.3880g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.3880<0.534；
步骤二：按质量份计，将2.5份聚丙烯酸粘结剂、30份碳材料、2.5份导电剂、75份去离子水均匀混合后，双面涂布在聚苯胺膜上，经55℃真空干燥6小时，1.5MPa压制10分钟后，得到含有碳材料涂层的聚吡咯膜，其中碳材料涂层的厚度为1um；
步骤三：将步骤二中的含有碳材料涂层的高分子多孔聚吡咯膜进行真空镀铋金属，得到超轻质复合负极，其中铋镀层的厚度为5nm；
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为硫。
实施例7
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝制备多孔聚苯乙烯膜，其中聚苯乙烯材料密度ρ为1.05g/cm3，聚苯乙烯的孔隙率α为70％，聚苯乙烯的密度为ρ(1-α)＝0.315g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.315<0.534；
步骤二：按质量份计，将2.5份聚丙烯酸粘结剂、30份碳材料、2.5份导电剂、75份去离子水均匀混合后，双面涂布在聚苯乙烯膜上，经55℃真空干燥7小时，2.5MPa压制16分钟后，得到超轻质复合负极，其中碳材料涂层的厚度为1um；
一种含有上述超轻质复合负极的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为钴酸锂。
实施例8
一种超轻质复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：采用静电纺丝法制备工艺制备多孔聚乙烯膜，其中聚乙烯材料密度ρ为0.95g/cm3，多孔聚乙烯膜的孔隙率α为60％，多孔聚乙烯膜的密度为ρ(1-α)＝0.380g/cm3，锂金属密度为0.534g/cm3，满足ρ(1-α)＝0.380<0.534；
步骤二：将步骤一中的多孔聚乙烯膜进行真空镀锂锡合金，得到超轻质复合负极，其中锂锡合金镀层的厚度为1nm；
一种锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极，所述正极的活性物质为镍钴铝三元材料。
Claims (10)
1.一种超轻质复合负极，其特征在于：包括高分子多孔聚合物膜(1)，所述高分子多孔聚合物膜(1)上设置有真空镀层(2)和/或储锂涂层(3)，所述真空镀层(2)的材料为与锂相容性好的合金材料，所述储锂涂层(3)的材料包括0.5份～5份粘结剂、20份～50份负极储锂活性物质和1份～5份导电剂。
2.根据权利要求1所述的一种超轻质复合负极，其特征在于：所述高分子多孔聚合物膜(1)上设置有真空镀层(2)和储锂涂层(3)，所述真空镀层(2)镀在高分子多孔聚合物膜(1)上得到复合体Ⅰ，所述储锂涂层(3)涂覆在所述复合体Ⅰ上。
3.根据权利要求1所述的一种超轻质复合负极，其特征在于：所述高分子多孔聚合物膜(1)上设置有真空镀层(2)和储锂涂层(3)，所述储锂涂层(3)涂覆在高分子多孔聚合物膜(1)上得到复合体Ⅱ，所述真空镀层(2)镀在所述复合体Ⅱ上。
4.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述高分子多孔聚合物膜(1)的聚合物材料密度为ρ，孔隙率为α，锂金属密度为0.534g/cm3，则应满足ρ(1-α)<0.534。
5.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述储锂涂层(3)的厚度为0.1～10um。
6.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述真空镀层(2)的厚度为1～100nm。
7.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述负极储锂活性物质为碳材料、金属铋、锂金属、氮化物、镁基合金、铟基合金、硼基材料、硅基材料、锡基材料、锑基合金、镓基合金、锗基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金、钛的氧化物、纳米过渡金属氧化物MO、铁的氧化物、铬的氧化物、钼的氧化物、磷化物中的一种或多种的组合，其中M为Co、Ni、Cu或Fe。
8.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述与锂相容性好的合金材料为锂铝合金、锂硼合金、锂镁合金、锂铟合金、锂镓合金、锂锡合金、锂锑合金、锂锗合金、锂钛合金、锂硅合金、锂铋合金、锂锌合金的一种或多种的组合。
9.根据权利要求1-3所述的任一一种超轻质复合负极，其特征在于：所述高分子聚合物膜的材质为聚烯烃、聚腈类、聚酯、导电聚合物、含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸共聚物、纤维素、聚酰亚胺、氨纶、聚苯二甲酰苯二胺、聚对苯硫醚中的一种或多种的组合。
10.一种含有权利要求1-3任一权利要求所述的超轻质复合负极的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括正极、隔膜、电解液和所述超轻质复合负极。
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