[發明專利]一種沉積基體及其制備方法

在審

• 申請號: 201710958144.1
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107706354A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 鄧偉;朱文華;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 張雪嬌,趙青朵

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種沉積基體及其制備方法。

背景技術

金屬鋰電極具有較低電位、輕的質量和高的理論比容量，從70年代便開始有研究將金屬鋰用作鋰離子電池電極，但由于之前研究者對金屬鋰在電池充放電過程中的鋰枝晶的問題關注較少，導致在實際應用過程中鋰枝晶的生成有嚴重的安全隱患，而且電極粉化和死鋰的生成會嚴重影響電池的使用壽命。因此諸多研究者目前都對解決金屬鋰的問題進行了廣泛的研究。

目前針對解決枝晶和死鋰的問題，主要還是通過解決電解液和功能化涂層來解決金屬鋰的影響，雖然有的研究方法能很大程度的緩解金屬鋰所帶來的問題，但并沒有在本質上解決金屬鋰電極自身帶來的影響。近來，也有研究者將金屬鋰熔化與其他材料進行納米尺度的復合，以解決純金屬鋰具有較少的比表面積和孔隙結構。此外，解決金屬鋰枝晶生長的問題，還可以通過構造合適的基體，用于引導金屬鋰負極的沉積，能夠達到在超高沉積容量的情況下仍然能夠穩定高度可逆的沉積和溶解，不僅為構造復合金屬鋰負極提供了基體，同時也能作為電極材料直接用于含鋰正極中，直接作為電極材料，而避免金屬鋰循環過程中的安全問題。但現有的金屬鋰沉積基底大多為金屬箔，其二維平整的金屬表面很難構筑納米織構，同時較高的金屬鋰形核勢能，也對金屬鋰的沉積溶解有很大的影響。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種沉積基體及其制備方法，該沉積基體具有較大的比表面結合位點，可引導高度可逆的金屬鋰沉積與溶解。

本發明提供了一種沉積基體，包括：

碳材料薄膜；

所述碳材料薄膜表面構筑有納米褶皺。

優選的，所述碳材料薄膜由碳材料形成；所述碳材料選自石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管與碳纖維中的一種或多種。

本發明還提供了一種沉積基體的制備方法，包括：

在碳材料薄膜表面施加外力形成納米褶皺，得到沉積基體。

優選的，所述碳材料薄膜在保護氣氛中經退火處理后再在其表面施加外力形成納米褶皺；所述退火的溫度為500℃～1000℃；所述退火的時間為0.5～10h。

優選的，所述外力為撕扯力、粘附力或壓力；所述外力的施加強度為0.25～5.0kg/cm²；外力的施加時間為30s～5min；所述外力的施加次數為1～5次；當施加次數大于1次時，每次外力的施加強度小于等于2.0kg/cm²。

本發明還提供了一種沉積基體的制備方法，包括：

將碳材料溶液在模板上鋪展，干燥后，得到沉積基體；所述模板具有納米織構化表面；

或將碳材料溶液鋪展在拉伸的彈性材料表面，干燥后，使彈性材料恢復，得到沉積基體；

或將碳材料、水與易揮發的溶劑混合，鋪展揮發干燥后，得到沉積基體。

優選的，干燥后還在保護氣氛中經退火處理后，得到沉積基體；所述退火的溫度為500℃～1000℃；所述退火的時間為0.5～10h。

優選的，所述碳材料溶液中碳材料的濃度為0.2～5wt％；所述碳材料溶液中的溶劑為水、乙醇、甲醇、N-甲基吡咯烷酮與二甲基甲酰胺中的一種或多種。

優選的，所述水與易揮發溶劑的質量比為(1～9)：10。

本發明還提供了一種復合材料，由上述沉積基體與鋰復合得到。

本發明提供了一種沉積基體，包括：碳材料薄膜；所述碳材料薄膜表面構筑有納米褶皺。與現有技術相比，本發明在碳材料薄膜表面構筑納米褶皺，通過調控基體表面的納米結構狀態，將金屬鋰在二維面的沉積行為轉變為在三維納米褶皺上沉積，通過大的比表面和較多的沉積位點，降低單位面積上的電流，同時納米褶皺也可作為金屬鋰沉積的位點，引導均勻的金屬鋰沉積。

附圖說明

圖1為實施例1中得到的沉積基體的掃描電鏡照片；

圖2為實施例1中得到的半電池的庫倫效率性能圖；

圖3為實施例3中得到的沉積基體的掃描電鏡照片；

圖4為實施例3中得到的半電池的庫倫效率性能圖；

圖5為實施例4中得到的沉積基體的掃描電鏡照片；

圖6為實施例4中得到的沉積基體的小倍數掃描電鏡照片；

圖7為實施例4中得到的半電池的庫倫效率性能圖。

具體實施方式