锂金属负极层及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113363421A(43)申请公布日2021.09.07(21)申请号202110610237.1H01M10/0562(2010.01)(22)申请日2021.06.01(71)申请人昆山宝创新能源科技有限公司地址215333江苏省苏州市昆山市昆山开发区蓬溪中路1号(72)发明人蔡挺威刘永飞梁世硕(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人刘燚(51)Int.Cl.H01M4/134(2010.01)H01M4/1395(2010.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书8页附图1页(54)发明名称锂金属负极层及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种锂金属负极层及其制备方法和应用，其中，锂金属负极层的原料包括活性物质、硫化物电解质以及粘结剂，且所述原料不包括溶剂，其中，所述活性物质包含锂粉和纳米金属粉。在该锂金属负极层的原料中，无需使用溶剂，适用于硫化物电解质体系，其中的负极活性物质与硫化物电解质化学性质稳定、界面兼容性好，且硫化物电解质不易失效，粘结剂体系的筛选也较为简单。此外，活性物质中包含锂粉和纳米金属粉，其中金属锂粉具有较大的比表面积，可减少负极的电流密度，减少锂枝晶生成，同时锂粉具有良好的结构稳定性，纳米金属粉可与锂反应并合金化，该合金具有良好的化学稳定性。CN113363421ACN113363421A权利要求书1/1页1.一种锂金属负极层，其特征在于，所述锂金属负极层的原料包括活性物质、硫化物电解质以及粘结剂，且所述原料不包括溶剂，其中，所述活性物质包含锂粉和纳米金属粉。2.根据权利要求1所述的锂金属负极层，其特征在于，所述纳米金属粉中的金属包括铝、镁、银、锡、锌、钙中的至少一种；优选地，所述纳米金属粉的直径为2‑1000nm；优选地，所述纳米金属粉的直径为10‑200nm。3.根据权利要求1所述的锂金属负极层，其特征在于，所述锂粉表面包覆无机金属锂化物；优选地，所述无机金属锂化物包括氟化锂、碳酸锂、氮化锂、氧化锂或氢氧化锂中的至少一种；优选地，所述无机金属锂化物包括氟化锂或碳酸锂中的至少一种；所述锂粉直径为1‑500μm；优选地，所述锂粉直径为10‑20μm。4.根据权利要求1至3任一项所述的锂金属负极层，其特征在于，所述粘结剂为可纤维高分子型粘结剂，所述可纤维高分子型粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。5.根据权利要求1至3任一项所述的锂金属负极层，其特征在于，所述硫化物电解质包括LiPSX、LiPS、LiGePS、LiGePSI、LiSiPSCl、LiSiPSO或LiGeGaS中的至少一种，其中，X选自Cl、I或Br。6.根据权利要求1所述的锂金属负极层，其特征在于，所述锂金属负极层的原料中，所述活性物质的质量比为50‑90％，所述硫化物电解质的质量比为5‑49％，所述粘结剂的质量比为0.5‑45％；优选地，所述活性物质中，所述锂粉与所述纳米金属粉的质量比为1:0.1‑1:10。7.根据权利要求6所述的锂金属负极层，其特征在于，所述锂金属负极层的原料还包括导电剂；优选地，所述锂金属负极层的原料中，所述导电剂的质量比为0‑10％。8.权利要求1至7任一项所述的锂金属负极层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在惰性环境下，将包含锂粉和纳米金属粉的活性物质、硫化物电解质以及粘结剂在不使用溶剂的条件下进行混合，再施加高剪切力将粘结剂纤维化，获得混合物，将所述混合物进行辊压制得均匀的锂金属负极层膜片；优选地，所述惰性环境的条件为含水量小于1ppm，含氧量小于1ppm；优选地，所述高剪切力通过如下至少一种方式实现：球磨、磁力搅拌、气流粉碎、螺杆挤出、辊压；优选地，将所述混合物进行辊压的工艺参数为：辊轮的温度90‑160℃，压力100‑5000N，辊压次数1‑10次；优选地，所述膜片的厚度为5‑1000μm，孔隙率20‑80％。9.一种锂金属负极，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的锂金属负极层或者权利要求8所述的锂金属负极层的制备方法制得的锂金属负极层，以及多孔集流体；优选地，所述多孔集流体的厚度为5‑2000μm，孔隙率10‑90％；优选地，所述锂金属负极层的厚度为h，所述多孔集流体的厚度为H，所述h与H满足：0.5≤h/H≤5。10.一种全固态锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和电解质膜，其中，所述负极包含如权利要求9所述的锂金属负极。2CN113363421A说明书1/8页锂金属负极层及其制备方法和应用