锂金属电池及其制备方法和应用与流程

1.本技术属于新能源技术领域，具体地涉及一种锂金属电池及其制备方法和应用。


背景技术：

2.锂电池更高的能量密度，更强的放电能力以及更长的使用寿命，使其得以广泛应用。锂电池可以分为锂金属电池和锂离子电池。其中锂离子电池的研究发展时间较锂金属电池长，其设计已经在行业内形成了较为完善的标准，而后来出现的锂金属电池通常也是参考这些标准进行结构的设计。
3.然而，目前的锂金属电池中依然存在极片重量大，内阻大的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本技术的目的在于提供一种锂金属电池及其制备方法和应用，该锂金属电池负极片的锂金属层面密度低，能够保持锂金属电池容量，并能够控制锂金属电池的内阻增长率。
5.为达上述目的，本技术采用以下技术方案：
6.本技术提供一种锂金属电池，包括正极片和负极片，所述负极片包括负极集流体以及层叠于所述负极集流体表面的锂金属层，
7.所述锂金属层单面的面密度＜正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比。
8.在其中一个实施例中，所述锂金属层单面的面密度小于1.67mg/cm2。
9.在其中一个实施例中，所述锂金属层单面的面密度大于等于0.267mg/cm2且小于1.67mg/cm2。
10.在其中一个实施例中，所述负极片还包括硫化物固态电解质层，所述硫化物固态电解质层层叠于所述锂金属层表面；
11.可选地，所述硫化物固态电解质层的材料包括li2s-p2s5、li2s-sis2和li2s-b2s3中的一种或多种。
12.在其中一个实施例中，所述正极片包括正极集流体以及依次层叠于所述正极集流体表面的正极活性层和硫化物固态电解质层；
13.所述正极活性层包括正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂。
14.在其中一个实施例中，所述正极活性层具有如下特征中的一个或多个：
15.(1)所述正极活性层包括质量配比为(75～90)：(15～5)：(5～1)：(5～1)的正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂；
16.(2)所述正极活性材料包括licoo2、ncm(811)和nca中的一种或多种；
17.(3)所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、超导炭黑、乙炔炭黑、科琴黑、碳纳米管、纳米纤维和石墨烯中的一种或多种；
18.(4)所述粘结剂包括聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚
丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或多种。
19.在其中一个实施例中，所述锂金属层的材料包括金属锂、锂硅合金、锂镁合金、锂铜合金、锂银合金、锂铍合金、锂锌合金、锂镉合金、锂铝合金、锂金合金和锂硼合金中的一种或多种。
20.在其中一个实施例中，所述锂金属电池为固态锂金属电池、准固态锂金属电池、半固态锂金属电池、凝胶态锂金属电池或液态锂金属电池。
21.本技术还提供一种锂金属电池的制备方法，包括正极片的制备步骤和负极片的制备步骤；其中所述负极片的制备步骤包括：
22.取所述负极集流体，将所述锂金属层的材料磁控溅射至所述负极集流体表面，制备所述锂金属层。
23.在其中一个实施例中，所述负极片的制备步骤还包括：
24.将所述硫化物固态电解质层的材料磁控溅射至所述锂金属层表面。
25.在其中一个实施例中，所述正极片的制备步骤包括：
26.将所述正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂混合，制备正极活性层的粉料；
27.将所述正极活性层的粉料喷涂至所述正极集流体表面，制备所述正极活性层；
28.将所述硫化物固态电解质层的材料喷涂至所述正极活性层表面。
29.本技术还提供一种用电装置，包括上述任一实施例所述的锂金属电池。
30.与已有技术相比，本技术具有如下有益效果：
31.本技术提供一种锂金属电池，在负极片中，使所述锂金属层单面的面密度＜正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比。锂离子在电子沉积时与锂金属层能够形成稳定的金属键，结合力强；同时，在考虑了锂金属层与锂离子的实际结合情况下，对锂金属层的面密度进行合理设计，使极片质量降低，能够控制锂金属电池内阻增长率，同时还能够保持电池容量。
具体实施方式
32.以下结合具体实施例对本技术的锂金属电池、锂金属电池的制备方法以及应用作进一步详细的说明。本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
34.本技术提供一种锂金属电池，包括正极片和负极片，所述负极片包括负极集流体以及层叠于所述负极集流体表面的锂金属层，
35.所述锂金属层单面的面密度＜正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比。
36.其中，面密度为单位面积极片涂层的质量；正极首次充电克容量为正极活性物质的克容量；负极过量系数为同一阶段以及同一条件下(例如锂电池充放电有两个阶段，一个是首次充电阶段，一个是放电阶段)，单位面积上正负极材料的实际容量之比，负极过量系
数≥1，以满足循环过程中负极的可逆容量大于正极的可逆容量；负极首次充电克容量为金属锂的克容量。
37.锂离子电池中，负极活性材料单面的面密度的计算方法为：负极活性材料单面的面密度＝正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
×
负极活性物质重量配比。此等式计算得到的负极活性材料的面密度，能够减小富余的锂离子沉积在负极表面形成锂枝晶的概率，以确保锂离子电池的容量。锂金属电池通常参考锂离子电池的标准进行结构的设计，因此人们认为负极活性材料(锂金属层的材料)需采用此等式计算得到的负极活性材料的单面面密度才能够保证循环过程中负极容量大于正极容量，进而保持锂金属电池的容量。
38.然而锂金属电池与锂离子电池并不相同，特别体现在锂金属电池以锂金属层作为负极，而锂离子电池以石墨、硅碳材料作为负极。本技术的发明人基于丰富的经验并经过大量的研究发现，传统使用石墨或硅碳作为负极的锂离子锂金属电池，正负极面密度设计时，石墨或硅碳负极全部参与电化学反应。由于石墨的层状结构，锂离子得到电子后，能够插入到石墨层与层之间，涂覆在负极集流体表面的石墨颗粒均能够得到利用，能够与锂离子结合。基于石墨或硅碳负极的面密度设计方法，传统锂金属层单面的面密度的计算方法为：锂金属层单面的面密度＝正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比，其与石墨、硅碳负极的面密度设计方法一致，且传统方法认为如此才能够保证锂金属电池的克容量，但其忽略了锂离子和石墨或硅碳的结合机理不同于锂金属和锂离子的结合机理。按照锂离子和石墨、硅碳负极的结合机理计算锂金属层的面密度，设计得到的锂金属层的面密度不符合锂金属与锂离子的结合机理，如此造成的锂金属的面密度增加，锂金属层重量大，内阻高的问题一直被人们所忽视。
39.基于前述传统方法存在的问题，本技术提出所述锂金属层单面的面密度＜正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比。根据此设计的锂金属层符合锂金属与锂离子的结合机理，即锂离子得到电子后，仅沉积在锂金属层的表面，内层的金属锂并没有发挥作用，锂金属片层的面密度一定程度的减少并不会影响锂金属电池的克容量。因此，只需要所述锂金属层单面的面密度＜正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
负极首次充电克容量
÷
所述锂金属层中锂的重量占比，其面密度低于传统方法计算得到的面密度，能够控制锂金属电池内阻增长率，同时能够保证电池容量。
40.在其中一个示例中，负极过量系数为1.06。
41.在其中一个示例中，负极过量系数为1。
42.在其中一个示例中，负极首次充电克容量为锂金属克比容量为3870mah/g。
43.在其中一个示例中，所述锂金属层单面的面密度小于1.67mg/cm2。
44.在其中一个示例中，所述锂金属层单面的面密度大于等于0.267mg/cm2且小于1.67mg/cm2。具体地，所述锂金属层的面密度包括但不限于0.267mg/cm2、0.300mg/cm2、0.500mg/cm2、1.000mg/cm2、1.100mg/cm2、1.200mg/cm2、1.300mg/cm2、1.500mg/cm2、1.580mg/cm2、1.600mg/cm2、1.650mg/cm2或1.660mg/cm2。
45.在其中一个示例中，所述负极片还包括硫化物固态电解质层，所述硫化物固态电
解质层层叠于所述锂金属层表面。
46.在其中一个示例中，所述硫化物固态电解质层的材料包括li2s-p2s5、li2s-sis2和li2s-b2s3中的一种或多种。
47.在其中一个示例中，所述硫化物固态电解质层的单面厚度为2～4μm。可以理解地，所述硫化物固态电解质层的单面厚度可以设置为2～4μm中的任意数值。
48.在其中一个示例中，所述正极片包括正极集流体以及依次层叠于所述正极集流体表面的正极活性层和硫化物固态电解质层；
49.所述正极活性层包括正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂。
50.在其中一个示例中，所述锂金属电池的结构为负极集流体/锂金属层/硫化物固态电解质层/隔膜/硫化物固态电解质层/正极活性层/正极集流体。
51.在其中一个示例中，层叠于所述正极活性层表面的硫化物固态电解质层的材料与层叠于所述负极集流体上的硫化物固态电解质层的材料相同。
52.在其中一个示例中，所述正极活性层的单面面密度为20～30g/cm2。可以理解地，所述正极活性层的单面面密度可以设置为20～30g/cm2中的任意数值。
53.在其中一个示例中，所述正极集流体包括铝箔。
54.在其中一个示例中，所述正极活性层包括质量配比为(75～90)：(15～5)：(5～1)：(5～1)的正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂。可以理解地，所述正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂的重量配比可以设置为(75～90)：(15～5)：(5～1)：(5～1)的任意数值。具体地，所述正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂的重量配比包括但不限于75：15：5：5、85：10：2：3、86：10：2：2、87：9：2：3、84：10：2：3、90：5：2：3。通过控制正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂各组分的组成，能使活性材料层中各组分有良好的兼容性。
55.在其中一个示例中，所述正极活性材料包括licoo2、ncm(811)和nca中的一种或多种。
56.在其中一个示例中，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、超导炭黑、乙炔炭黑、科琴黑、碳纳米管、纳米纤维和石墨烯中的一种或多种。
57.在其中一个示例中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯中的一种或多种。
58.在其中一个示例中，所述粘结剂为复合粘结剂。
59.在其中一个示例中，所述复合粘结剂包括重量配比为(1～4)：1的聚四氟乙烯和丁苯橡胶。具体地，所述聚四氟乙烯和丁苯橡胶的重量配比包括但不限于1：1、1.8：1、1.9：1、2：1、2.1：1、2.2：1、2.3：1、2.5：1、3：1、3.5：1、3.8：1、3.9：1或4：1。
60.在其中一个示例中，所述锂金属层的材料包括金属锂、锂硅合金、锂镁合金、锂铜合金、锂银合金、锂铍合金、锂锌合金、锂镉合金、锂铝合金、锂金合金和锂硼合金中的一种或多种。
61.在其中一个示例中，所述锂金属电池为固态锂金属电池、准固态锂金属电池、半固态锂金属电池、凝胶态锂金属电池或液态锂金属电池。
62.在其中一个示例中，所述锂金属电池中，所述正极集流体包括铝箔。
63.在其中一个示例中，所述锂金属电池中，所述负极集流体包括铜箔。
64.在其中一个示例中，所述锂金属电池还包括填充剂，所述填充剂作为锂金属电池的电解溶剂。
65.在其中一个示例中，所述填充剂包括环氧乙烷和1,3-二氧戊环中的一种或两种。
66.在其中一个示例中，所述填充剂与所述正极活性材料的重量配比为(1～4)：1。可以理解地，所述填充剂与所述正极活性材料的重量配比可以设置为(1～4)：1中的任意数值。具体地，所述填充剂与所述正极活性材料的重量配比包括但不限于1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1、2：1、2.1：1、2.2：1、2.2：1、2.3：1、2.4：1、2.5：1、2.6：1、2.7：1、2.8：1、3：1、3.5：1、3.8：1、3.9：1或4：1。
67.本技术还提供一种锂金属电池的制备方法，包括正极片的制备步骤和负极片的制备步骤；其中所述负极片的制备步骤包括：
68.选取所述负极集流体，将所述锂金属层的材料磁控溅射至所述负极集流体表面，制备所述锂金属层。
69.在其中一个示例中，将锂金属层的材料磁控溅射至负极集流体表面的工艺参数包括：将锂金属层的材料作为靶材，真空度设置为(4～6)
×
10-5
pa、溅射气压设置为(0.2～0.4)pa、靶材与所述负极集流体表面的距离为(45～55)mm、溅射功率设置为(4.5～6.5)kw。
70.在其中一个示例中，所述负极片的制备步骤还包括：
71.将硫化物固态电解质层的材料磁控溅射至所述锂金属层表面。
72.在其中一个示例中，将硫化物固态电解质层的材料磁控溅射至锂金属层表面的工艺参数包括：将硫化物固态电解质层的材料作为靶材，真空度设置为(4～6)
×
10-5
pa、溅射气压设置为(0.2～0.4)pa、靶材与所述锂金属层表面的距离为(45～55)mm、溅射功率设置为(4.5～6.5)kw。
73.在其中一个示例中，所述正极片的制备方法包括：
74.将正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂混合，制备正极活性层的粉料；
75.将所述正极活性层的粉料喷涂至正极集流体表面，制备正极活性层；
76.将硫化物固态电解质喷涂至所述正极活性层表面。
77.在其中一个示例中，将正极活性材料、硫化物固态电解质、导电剂和粘结剂混合的方式为球磨混合，球磨混合过程中，球磨珠与正极活性层的粉料总质量的质量配比为(8～15)：1，大球和小球的质量比为(1～3)：1，转速设置为(200～400)r/min。
78.在其中一个示例中，将所述正极活性层的粉料喷涂至正极集流体表面的工艺参数包括：静电电压60～80kv，压缩氩气压力5～7kg/cm2，静电电流10～20μa，粉料流速压力0.3～0.7mpa，雾化压力0.2～0.6mpa，所述正极集流体和所述正极活性层的粉料的喷涂距离为25～45mm。
79.在其中一个示例中，制备正极活性层后还包括将正极活性层进行高温软化和碾压的过程，所述高温软化的工艺参数包括：加热温度设置为180～250℃，加热时间为(3～10)min；所述碾压的工艺参数包括：碾压压力设置为(80～100)t、碾压速度设置为(40～60)m/min。通过高温软化，能够使粘结剂软化，进而通过碾压，增强正极活性层与正极集流体之间的粘结力。
80.在其中一个示例中，将硫化物固态电解质喷涂至所述正极活性层表面的工艺参数
包括：将所述正极活性层作为基材，将所述硫化物固态电解质作为靶材，真空度设置为(4～6)
×
10-5
pa、溅射气压设置为(0.2～0.4)pa、基材和靶材的距离为(45～55)mm、溅射功率设置为(4.5～6.5)kw。
81.在其中一个示例中，所述锂金属电池的制备方法还包括以下步骤：
82.将所述正极片与所述负极片通过隔膜复合后，置于锂金属电池壳中，注入填充剂。
83.在其中一个示例中，注入填充剂后包括静置处理，所述静置处理的工艺参数包括：第一静置温度设置为(40～50)℃，第一静置时间设置为(20～30)h，第二静置温度设置为(55～65)℃，第二静置时间设置为(20～30)h。
84.本技术还提供一种用电装置，包括上述任一示例所述的锂金属电池。
85.以下结合具体的实施例来对本发明进行进一步的说明。如无特别说明，实施例中采用的原料均为市售获得。
86.实施例1
87.实施例1提供一种锂金属电池的制备方法，按照传统的计算方法，锂金属层的单面面密度＝正极首次充电克容量
×
正极活性物质单面面密度
×
负极过量系数
÷
锂金属克比容量＝236mah/g
×
26mg/cm2×
1.06/3870mah/g＝1.68mg/cm2。实施例1中，锂金属层的面密度为0.267mg/cm2，仅为传统方法计算的面密度的15.89％。具体制备方法如下：
88.(1)正极片的制备
89.在水分含量低于1ppm，氧气含量低于1ppm的氩气干燥气氛中，称取1700g的nca，称取200g的li2s-p2s5硫化物固态电解质，称取40g的石墨烯，称取40g的聚四氟乙烯，称取20g的丁苯橡胶。将称取得到的nca、li2s-p2s5固态电解质、石墨烯、聚四氟乙烯和丁苯橡胶放进球磨罐中球磨。混料球磨过程中，球磨珠与混料总质量的质量配比为10：1，大球和小球的质量比为2：1，转速设置为360r/min，球磨时间为60min。球磨完成后，得到正极活性层的粉料。
90.在水分含量低于1ppm，氧气含量于1ppm的氩气干燥气氛中，将铝箔作为基材，挂在放卷轴上，将正极活性层的粉料作为靶材，采用粉料喷涂的方式，把粉料通过喷枪喷涂在铝箔的表面上。粉料喷涂过程中，将静电电压设置为70kv，压缩氩气压力设置为6.5kg/cm2，静电电流设置为15μa，粉末流速压力设置为0.45mpa，雾化压力设置为0.40mpa，喷枪口距离铝箔的距离为40mm。完成铝箔的单面喷涂后，正极活性层的单面面密度为26g/cm2，之后进行铝箔第二面的喷涂，所述步骤和参数设置如上所示，所制备得到的正极活性层的双面面密度为52g/cm2。
91.将上述含有正极活性层的正极片放在高温炉中加热软化，加热温度设置为200℃，加热时间为5min。通过高温软化聚四氟乙烯和丁苯橡胶，把nca、石墨烯和li2s-p2s5固态电解质吸附在铝箔上。将正极片加热软化后，通过碾压工艺把正极片碾压到133
±
2μm，碾压过程中，碾压压力设置为90t，碾压速度为50m/min。碾压结束后，得到干法正极片。
92.在外围水分含量低于1ppm，氧气含量于1ppm的氩气干燥气氛中，采用真空磁控溅射法将li2s-p2s5物化物固态电解质镀在上述干法正极片上，真空磁控溅射法的具体工艺条件为：本底真空度5
×
10-5
pa，溅射气压0.3pa，靶材和基材之间的距离为50mm，溅射功率为5.5kw，使硫化物固态电解质层的单面厚度为3μm，双面厚度为6μm，得到正极片。
93.(2)负极片的制备
94.将铜箔作为基材，挂在放卷轴上，首先将金属锂作为靶材，金属锂受激发后均匀磁
控溅射到铜箔上，形成的锂金属束，在铜箔上形成锂金属层，磁控溅射的具体工艺条件为：本底真空度5
×
10-5
pa，溅射气压0.3pa，靶材和基材之间的距离为50mm，溅射功率为5.5kw。所得锂金属层的单面面密度为0.267mg/cm2。
95.其次将li2s-p2s5硫化物固态电解质作为靶材，li2s-p2s5硫化物固态电解质受激发后均匀磁控溅射到锂金属层上，在锂金属层上形成硫化物固态电解质，硫化物固态电解质完整包覆锂金属层，硫化物固态电解质层单面厚度为3μm；真空磁控溅射法的具体工艺条件为：本底真空度5
×
10-5
pa，溅射气压0.3pa，靶材和基材之间的距离为50mm，溅射功率为5.5kw。完成铜箔基材第一面镀层后，进行铜箔第二面的镀层，镀膜的先后顺序依然为锂金属层和li2s-p2s5硫化物固态电解质层。锂金属层的双面面密度为0.534mg/cm2，双面硫化物固态电解质层的厚度为6μm，制备负极片。
96.(3)将上述负极片、正极片卷绕制作成1254扣式锂金属电池，在锂金属电池中注入1,3-二氧戊环。其中，正极活性材料nca和1,3-二氧戊环的质量配比为1:0.4。将锂金属电池在45℃的条件下静置24h，再于60℃的温度下静置24h，完成1,3-二氧戊环的原位聚合。
97.实施例2
98.实施例2与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为0.534mg/cm2，锂金属层的双面面密度为1.068mg/cm2。该负极片中锂金属层的面密度仅为传统方法计算的面密度的31.79％。
99.实施例3
100.实施例3与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为0.801mg/cm2，锂金属层的双面面密度为1.602mg/cm2。该负极片中锂金属层的面密度仅为传统方法计算的面密度的47.68％。
101.实施例4
102.实施例4与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为1.068mg/cm2，锂金属层的双面面密度为2.136mg/cm2。该负极片中锂金属层的面密度仅为传统方法计算的面密度的63.57％。
103.实施例5
104.实施例5与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为1.335mg/cm2，锂金属层的双面面密度为2.67mg/cm2。该负极片中锂金属层的面密度为传统方法计算的面密度的79.94％。
105.对比例1
106.对比例1与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为0mg/cm2，锂金属层的双面面密度为0mg/cm2。具体制备步骤为：
107.(1)正极片的制备
108.在水分含量低于1ppm，氧气含量低于1ppm的氩气干燥气氛中，称取1700g的nca，称取200g的li2s-p2s5硫化物固态电解质，称取40g的石墨烯，称取40g的聚四氟乙烯，称取20g的丁苯橡胶。将称取得到的nca、li2s-p2s5固态电解质、石墨烯、聚四氟乙烯和丁苯橡胶放进球磨罐中球磨。混料球磨过程中，球磨珠与混料总质量的质量配比为10：1，大球和小球的质量比为2：1，转速设置为360r/min，球磨时间为60min。球磨完成后，得到正极活性层的粉料。
109.在水分含量低于1ppm，氧气含量于1ppm的氩气干燥气氛中，将铝箔作为基材，挂在
放卷轴上，将正极活性层的粉料作为靶材，采用粉料喷涂的方式，把粉料通过喷枪喷涂在铝箔的表面上。粉料喷涂过程中，将静电电压设置为70kv，压缩氩气压力设置为6.5kg/cm2，静电电流设置为15μa，粉末流速压力设置为0.45mpa，雾化压力设置为0.40mpa，喷枪口距离铝箔的距离为40mm。完成铝箔的单面喷涂后，正极活性层的单面面密度为26g/cm2，之后进行铝箔第二面的喷涂，所述步骤和参数设置如上所示，所制备得到的正极活性层的双面面密度为52g/cm2。
110.将上述含有正极活性层的正极片放在高温炉中加热软化，加热温度设置为200℃，加热时间为5min。通过高温软化聚四氟乙烯和丁苯橡胶，把nca、石墨烯和li2s-p2s5固态电解质吸附在铝箔上。将正极片加热软化后，通过碾压工艺把正极片碾压到133
±
2μm，碾压过程中，碾压压力设置为90t，碾压速度为50m/min。碾压结束后，得到干法正极片。
111.在外围水分含量低于1ppm，氧气含量于1ppm的氩气干燥气氛中，采用真空磁控溅射法将li2s-p2s5物化物固态电解质镀在上述干法正极片上，真空磁控溅射法的具体工艺条件为：本底真空度5
×
10-5
pa，溅射气压0.3pa，靶材和基材之间的距离为50mm，溅射功率为5.5kw，使硫化物固态电解质层的单面厚度为3μm，双面厚度为6μm，得到正极片。
112.(2)负极片的制备
113.将li2s-p2s5硫化物固态电解质作为靶材，li2s-p2s5硫化物固态电解质受激发后均匀磁控溅射到铜箔上，在铜箔上形成硫化物固态电解质层，硫化物固态电解质完整包覆铜箔，硫化物固态电解质层单面厚度为3μm；真空磁控溅射法的具体工艺条件为：本底真空度5
×
10-5
pa，溅射气压0.3pa，靶材和基材之间的距离为50mm，溅射功率为5.5kw。完成铜箔基材第一面镀层后，进行铜箔第二面的镀层，双面硫化物固态电解质层的厚度为6μm，制备负极片。
114.(3)将上述负极片、正极片卷绕制作成1254扣式锂金属电池，在锂金属电池中注入1,3-二氧戊环。其中，正极活性材料nca和1,3-二氧戊环的质量配比为1:0.4。将锂金属电池在45℃的条件下静置24h，再于60℃的温度下静置24h，完成1,3-二氧戊环的原位聚合。
115.对比例2
116.对比例2与实施例1基本相同，主要区别在于：(2)负极片的制备中，所得锂金属层的单面面密度为1.67mg/cm2，锂金属层的双面面密度为3.36mg/cm2。对比例2锂金属的面密度为按照传统方法计算得到的面密度值。
117.电化学性能测试
118.采用电池内阻测试仪测试纽扣电芯的内阻。
119.在0.5c电流密度条件下测试纽扣电芯的容量，克容量＝纽扣电芯的容量/电极材料重量。
120.在0.5c电流密度条件下对纽扣电芯进行50周充放电，测试纽扣电芯的循环性能。
121.上述实施例1～4、对比例1、对比例2的电化学性能测试结果如下：
122.纽扣电芯的容量及循环性能测试结果如下：
[0123][0124]
纽扣电芯的内阻测试结果如下：
[0125][0126]
从表中实施例1～5和对比例1的测试结果可以看出，锂金属层层叠于负极集流体上，能有效防止锂金属电池失效。实施例1～5与对比例2中，实施例1～4锂金属层的面密度低于传统方法计算得到的对比例2中的面密度，但其首周放电克容量和50周循环后放电克容量接近，电芯内阻也表现出相同的特征。从表中实施例1～5和对比例2的测试结果可以看出，锂金属层的单面面密度为0.267mg/cm2～1.335mg/cm2，此时锂金属层的面密度低于传统方法计算得到的面密度，但实施例1～5中的首周放电克容量与对比例2相近，同时，循环50周后的克容量也相近，且具有良好的克容量保持率；同时，实施例3中首周放电克容量和循环50周后的克容量性能均优于对比例2。电芯内阻也表现出同样的性能，实施例1～5中的锂金属层的面密度低于传统方法计算得到的面密度，实施例1～5测得的内阻增长率均小于对比例2。
[0127]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0128]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。