CN212365996U - 亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片 - Google Patents
亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，包括集流体和锂金属片，所述集流体为微米级多孔道泡沫铜和其上的一层纳米亲锂层，纳米亲锂层相对泡沫铜的另一侧与锂金属片连接，集流体与锂金属片利用原位压制进行固定。其中微米级多孔道泡沫铜厚度为0.5mm~2.0mm，其内部孔道的孔径为2~10μm，纳米亲锂层的厚度小于100nm，本实用新型提供的负极片可有效抑制锂金属负极在循环过程中无限的体积变化，使用微米级多孔道泡沫铜及其表面的纳米亲锂层可以在锂剥离/沉淀过程中诱导成核，有效抑制锂枝晶和“死锂”的形成，进而确保了电池的安全性，同时本新型提供的负极片制备工艺简单，制作成本低，有利于进行大规模生产，具有极高经济价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片。
背景技术
随着电动汽车、便携式电子器件、智能手机、电动工具等的快速发展与广泛应用，发展高能量密度的二次电池成为了当前社会的热点需求之一。锂金属负极由于拥有高理论比容量和低电极电位（相对标准氢电极-3.040 V）方面的优势，是下一代高比能电池负极材料的理想选择之一。但是，锂金属负极在实际应用时面临着锂枝晶生长和负极体积膨胀等难题。锂枝晶生长过程中容易生成“死锂”，造成电极活性物质损失，不可逆地降低容量；锂枝晶加剧电解液的分解，降低电池库伦效率与循环寿命；更严重的是锂枝晶可能刺穿电池隔膜，接触正极，造成电池内部短路，引发安全隐患。目前，设计三维结构应对锂金属负极在循环过程中的体积变化和锂枝晶形成问题成为主要解决办法之一。
然而，三维铜基集流体本身具有憎锂特性，会表现出较大的成核过电势，不利于锂的均匀沉积。所以，构建具有亲锂特性的三维集流体可以有效的调控锂在集流体表面的成核和局部电流密度，实现金属锂的均匀沉积。然而，现有锂金属负极片为纯锂结构，无三维结构，现有的二维平面负极片在锂沉积/剥离过程中无法容纳多余的锂，体积膨胀明显，对电池性能影响较大；另一方面现有负极片表面无亲锂层，电池性能不稳定。因此，急需一种含有亲锂层且结构简单、设计合理的负极片来满足实际生产的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，可应用于锂硫、锂氧气电池或全固态电池体系中，可以有效抑制锂金属负极在循环过程中的体积膨胀，表面纳米亲锂层可调控锂的均匀沉积/剥离。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，包括集流体和锂金属片，所述集流体为微米级多孔道泡沫铜和其上的一层纳米亲锂层，纳米亲锂层相对微米级多孔道泡沫铜的另一侧与锂金属片复合粘结，集流体与锂金属片利用辊压压制进行固定。
所述微米级多孔道泡沫铜厚度为0.5mm~2.0mm，其内部孔道的孔径为2~10μm，既能起到较强的支撑作用，又能在锂金属沉积/剥离的过程中诱导成核。
所述纳米亲锂层为氧化锌、氧化铝、氧化镁或氧化钛中的一种制成，这些材料都对锂有亲和性，在电池循环中可以促进锂稳定均匀成核，且合成较为简便，成本较低，可以工业化量产。
所述纳米亲锂层的厚度小于100nm，以便于锂金属可进入微米级多孔道泡沫铜内部的孔道中。
所述锂金属片为锂箔，其厚度为0.1mm，作为负极片的活性材料在使用中提供锂离子。
所述集流体和锂金属片通过原位压制后成为双层结构或多叠层结构。
所述微米级多孔道泡沫铜可用三维导电材料代替，如铜网、镍网、碳布或碳纤维纸。
所述负极片整体结构为圆形、正方形、长方形或三角形，优选使用圆形。
本实用新型提供的负极片可有效抑制锂金属负极在循环过程中无限的体积变化，使用微米级多孔道泡沫铜及其表面的纳米亲锂层可以在锂剥离/沉淀过程中诱导成核，有效抑制锂枝晶和“死锂”的形成，进而确保了电池的安全性，同时本新型提供的负极片制备工艺简单，制作成本低，有利于进行大规模生产，具有极高经济价值。
附图说明
图1是负极片的结构示意图；
图2是集流体的结构示意图；
图3是负极片的制备流程示意图；
其中，1.集流体；11.微米级多孔道泡沫铜；12.纳米亲锂层；2.锂金属片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1-图2所示，一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，包括集流体1和锂金属片2，集流体1为微米级多孔道泡沫铜11和其上的一层纳米亲锂层12，微米级多孔道泡沫铜11的厚度为0.5mm~2.0mm，其内部孔道的孔径为2~10μm，泡沫铜可用同规格三维导电材料代替，如铜网、镍网、碳布或碳纤维纸，纳米亲锂层12的厚度小于100nm，以便锂金属进入微米级多孔道泡沫铜内部的孔道中，纳米亲锂层12为氧化锌、氧化铝、氧化镁或氧化钛中的一种；锂金属片2为锂箔，厚度为0.1mm，作为负极片的活性材料在使用中为电池提供锂离子。
如图3所示，制作时，将集流体1和锂金属片2堆叠放入辊压机中，辊压压制后成为双层结构或多叠层结构，其厚度可通过对辊机进行调节，负极片整体结构为圆形、正方形、长方形或三角形，可根据电池形状进行选择，优选使用圆形结构。
本实用新型提供的负极片可应用于锂硫、锂氧气电池中，可以有效地抑制锂金属负极在循环过程中的体积膨胀，表面亲锂层可调控锂金属的均匀沉积/剥离。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，包括集流体和锂金属片，其特征是，所述集流体为微米级多孔道泡沫铜和其上的一层纳米亲锂层，所述纳米亲锂层相对微米级多孔道泡沫铜的另一侧与锂金属片连接，集流体与锂金属片利用辊压压制进行固定。
2.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述微米级多孔道泡沫铜的厚度为0.5mm~2.0mm，其内部孔道的孔径为2~10μm。
3.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述纳米亲锂层为氧化锌、氧化铝、氧化镁或氧化钛中的一种。
4.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述纳米亲锂层的厚度小于100nm。
5.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述锂金属片为锂箔，其厚度为0.1mm。
6.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述集流体和活性材料通过原位压制后成为双层结构或多叠层结构。
7.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述微米级多孔道泡沫铜能用铜网、镍网、碳布或炭纤维纸代替。
8.如权利要求1所述的亲锂纳/微米级三维复合锂金属负极片，其特征是，所述负极片整体结构为圆形、正方形、长方形或三角形。
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