一种复合锂金属负极、固态电池及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114899351A(43)申请公布日2022.08.12(21)申请号202210473330.7H01M4/1393(2010.01)(22)申请日2022.04.29H01M4/1395(2010.01)H01M4/1399(2010.01)(71)申请人蜂巢能源科技股份有限公司H01M10/0525(2010.01)地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人王志文袁文森王磊陈少杰(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司11250专利代理师廖慧敏(51)Int.Cl.H01M4/13(2010.01)H01M4/133(2010.01)H01M4/134(2010.01)H01M4/137(2010.01)H01M4/139(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种复合锂金属负极、固态电池及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种复合锂金属负极、固态电池及其制备方法，其中，一种复合锂金属负极，包括顺次设置的锂层、金属‑碳复合层、聚合物复合层；所述聚合物复合层包括静电纺丝制成的电解质骨架和与该电解质骨架复合成一体的聚合物层。本发明通过电解质骨架的存在提高了该聚合物层的机械强度，从而提高抵抗锂枝晶的能力；通过金属‑碳复合层中的金属颗粒不仅能够在电池充放电过程中调控Li+的均匀沉积，也在一定程度上避免锂枝晶的形成，同时还能与金属锂形成合金固溶体，进一步维持负极结构的稳定；通过金属‑碳复合层和聚合物复合层的相互配合进而显著提高放电比容量、首效和循环性能。CN114899351ACN114899351A权利要求书1/2页1.一种复合锂金属负极，其特征在于，包括顺次设置的锂层(1)、金属‑碳复合层(2)、聚合物复合层(3)；所述聚合物复合层(3)包括静电纺丝制成的电解质骨架(31)和与该电解质骨架(31)复合成一体的聚合物层(32)。2.根据权利要求1所述的一种复合锂金属负极，其特征在于，所述电解质骨架(31)中的电解质为氧化物固态电解质；更优选为LLZO、LLZTO、LATP、LAGP中的任意一种；优选的，所述聚合物层(32)包括质量比为3：1：1的聚合物、锂盐、无机材料。3.根据权利要求2所述的一种复合锂金属负极，其特征在于，所述聚合物包括但不限于PEO、PVDF、PAN、PMMA、PVA、PCL、TPU中的一种或多种；所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiPF6、LiBF4中的一种或多种；所述无机材料为LLZO、LLZTO、LATP、LAGP中的一种或多种，无机材料的颗粒粒径范围为1‑10μm。4.根据权利要求1‑3任一项所述的一种复合锂金属负极，其特征在于，所述电解质骨架(31)的厚度为1‑3μm，聚合物复合层(3)的厚度为14‑16μm；所述金属‑碳复合层(2)的厚度为4‑6μm；所述锂层(1)厚度为10‑60μm，优选20‑40μm。5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种复合锂金属负极，其特征在于，所述金属‑碳复合层(2)中的金属包括但不限于银、金、铜、铝、铟、锗、钠、镁、铬、钛、钡、镍、钼、钴、铂、锌、铁、锡、铋、锑中的一种或多种；金属的粒径范围为100‑500nm，优选100‑200nm；所述金属‑碳复合层(2)中的碳为炭黑。6.根据权利要求5所述的一种复合锂金属负极，其特征在于，所述金属‑碳复合层(2)中金属与碳之间的质量比为1：3。7.一种复合锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括：聚合物复合层(3)的制备：将电解质采用静电纺丝的方式制成电解质骨架(31)；将聚合物层(32)的原料进行混合制备成聚合物层(32)；将聚合物层(32)与电解质骨架(31)复合成一体结构后制备成聚合物复合层(3)；金属‑碳复合层(2)的制备：将金属、碳和粘结剂在溶剂中混合均匀后，涂布在锂层(1)上，干燥后制备得到金属‑碳/锂复合层；将聚合物复合层(3)复合在金属‑碳/锂复合层上远离锂层(1)的一侧，即制备成复合锂金属负极。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的过程为：将电解质溶解在粘合剂溶液中形成纺丝液，纺丝液进行静电纺丝形成纺丝纤维，纺丝纤维在进行预氧化后烧结即制备成电解质骨架(31)；优选的，所述静电纺丝速度为0.09‑1.5mL/min，高压设置为15‑20Kv，发射针头和收集器之间的距离为10‑15cm，温度20℃；所述预氧化温度为280℃，时间为2h；所述烧结温度为700℃，时间为2h；所述纺丝液中粘合剂的浓度为0.1‑0.2g/ml，粘合剂的种类为PVP，纺丝液中溶剂的种类为DMF，电解质的添加量为0.6‑0.7g/ml。9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特