[發明專利]一種氮化鎳-泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體的制備方法

有效

• 申請號: 201811275850.7
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109411764B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 陳堅;朱建峰;孫正明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/80
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種氮化鎳?泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體的制備方法，包括以下步驟：1)制取需要規格的泡沫鎳材料，清洗并干燥后待用；2)將步驟1)清洗并干燥后的泡沫鎳置于放電等離子體反應爐中，之后對反應爐抽真空并持續通入反應氣體；3)放電產生等離子體轟擊泡沫鎳，控制反應溫度和反應時間，在泡沫鎳表面反應生成氮化鎳層，得到所述的氮化鎳?泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體。本發明利用等離子體的刻蝕效應以及含氮粒子的高化學活性，在泡沫鎳表面生成一層具有親鋰性氮化鎳，在電池充放電過程中，氮化鎳與鋰發生反應，促進鋰金屬的均勻沉積，且制備過程易控制，得到的負極集流體為三維結構，電化學性能顯著提高。

技術領域

本發明涉及一種氮化鎳-泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體的制備方法，屬于能源技術領域。

背景技術

人類文明的進步發展與能源技術息息相關，以煤、石油、天然氣為代表的化石能源是社會發展的重要基石，推動了人類社會的發展。但近年來，隨著化石能源的過度開發和全球氣候變暖等氣候問題不斷嚴重，能源和環境面臨著前所未有的挑戰。

鋰離子電池是最具研究前景的二次電池，本身具有諸多的優勢，包括：能量密度大、安全性能好、充放電循環壽命長、自放電低等優異的特點，已經成為了動力電池領域的重要研究方向。

但是石墨負極因為其理論容量低(只有372mAh/g)，已逐漸無法滿足高速發展的電子器件的需求，而金屬鋰負極具有理論比容量高(3860mAh/g)、低的密度(0.534g/cm³)和低的電壓窗口(-3.04V vs.標準氫電極)等優點，而廣泛受到研究人員的關注，尤其是作為二次電池的負極材料時，可以極大地提高電池的能量密度，被認為是下一代二次電池的理想負極材料。

盡管有以上諸多優點，鋰金屬作為電池的負極材料的時候，仍然有許多的問題和不足之處，主要有：鋰金屬的電位為-3.04V(和標準氫電極相比)，性質十分活潑，這表明鋰金屬會和大部分電解液反應，形成一層固體電解質薄膜(SEI膜)，而在充放電過程中，SEI膜十分容易破裂，導致電解液的不斷消耗，導致電池的庫倫效率的降低；在充放電的過程中，伴隨著鋰的沉積和脫出，會導致不均勻的鋰生長，最終導致鋰枝晶的形成，枝晶不斷生長最終刺破隔膜，導致電池短路，引發安全事故。在循環的過程中，由于枝晶的斷裂，容易造成“死鋰”，進一步降低電池的循環壽命。

因此，如何解決上述問題，進而抑制枝晶的生長，提高鋰金屬負極的循環穩定性，讓其能應用于二次電池中，是當今社會的一個重大需求。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供了一種氮化鎳-泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體的制備方法，該制備方法通過放電等離子體放電，將工作氣體中的氮氣和氫氣電離，產生高能粒子轟擊泡沫鎳表面，對泡沫鎳進行刻蝕和氮化，過程易控制，得到的負極集流體相比于傳統鋰金屬塊體負極，具有更大的比表面積，降低了電流密度顯著提高鋰負極的電化學性能。

技術方案：本發明提供了一種氮化鎳-泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)制取需要規格的泡沫鎳材料，清洗并干燥后待用；

2)將步驟1)清洗并干燥后的泡沫鎳置于放電等離子體反應爐中，之后對反應爐抽真空并持續通入反應氣體；

3)放電產生等離子體轟擊泡沫鎳，控制反應溫度和反應時間，在泡沫鎳表面反應生成氮化鎳層，得到所述的氮化鎳-泡沫鎳復合鋰金屬負極集流體。

其中：

步驟1)所述的清洗并干燥后待用中，清洗是指依次用丙酮、鹽酸和酒精或去離子水超聲清洗，烘干是指50～150℃條件下烘干60～300min。

所述的鹽酸的濃度為1～5mol/L，優選為2mol/L；超聲清洗的時間為1～30min，優選為5min。

步驟2)所述的對反應爐抽真空中，反應爐的真空度為1～500Pa，優選為150Pa。