[發明專利]一種親鋰性負極的制備方法、親鋰性負極和鋰電池

有效

• 申請號: 201910558152.6
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110299513B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 王接喜;柳天成;胡啟陽;李新海;譚磊;顏果春;王志興;郭華軍;彭文杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/134
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 王丹

本發明提供了一種親鋰性負極的制備方法、親鋰性負極和鋰電池，(1)將M_XNO₃溶解于有機溶劑混合液中制成M_xNO₃溶液，其中M為金屬活潑性比Li低的金屬；(2)制備親鋰性負極：將上述M_xNO₃溶液滴加至鋰片表面，發生反應，生成M或M/Li合金，得到親鋰性的M/Li復合電極，蒸發掉溶劑，所述LiNO₃沉積在所述復合電極的表面。其目的是優化親鋰性基質的制備方法，采用該方法不僅能得到親鋰性負極，同時能夠得到LiNO₃。該親鋰性負極不僅能夠調節鋰形核，降低過電位。而且能均勻化鋰離子分布，實現均勻的鋰沉積。

技術領域

本發明涉及冶金物理化學領域，特別涉及一種親鋰性負極的制備方法與應用。

背景技術

隨著電動汽車以及便攜式設備的不斷發展，對高能量密度電池體系需求日益增大。傳統鋰離子電池由于較低的容量和能量密度，無法滿足高能量密度儲能器件的需求。另一方面，金屬鋰具有極高的理論比容量(3860mAh/g)，最低氧化還原電位(-3.04V vs SHE)。尤其是在為電動汽車提供動力方面，鋰金屬電池在續航能力上顯現明顯的優勢。金屬鋰與過渡金屬氧化物匹配其理論能量密度可達440Wh/Kg，與單質硫匹配理論能量密度可達650Wh/Kg，比起鋰離子電池300Wh/Kg的能量密度優勢明顯。

但是，鋰金屬負極非常活潑，容易與電解液發生副反應，加速電解液消耗速度。并且金屬鋰在沉積過程中傾向于二維線性生長，產生鋰枝晶。一方面枝晶容易脫落，成為“死鋰”，“死鋰”無法參與電化學反應，導致活性物質不可逆損失。另一方面，枝晶不斷生長，容易刺穿隔膜，產生嚴重的安全隱患。此外，鋰金屬在沉積/脫離過程中體積變化是無窮大的，會導致電池脹包。

為了解決以上問題，專利CN 106252722A制備了一種添加劑，能夠抑制枝晶的生長馬里蘭大學胡良兵采用焦耳加熱的方法，在碳納米纖維上鍍上一層親鋰性的銀。由于親鋰性基質能夠降低鋰形核過電位，該方法實現了鋰均勻沉積(Ultrafine SilverNanoparticles for Seeded Lithium Deposition toward Stable Lithium MetalAnode.Advanced materials 2017,29(38))。

這種最新研究的親鋰性基質為我們穩定鋰沉積提供了思路。但是，目前大部分親鋰性基質是與3D集流體結合使用，這降低了整個電池體系的容量和能量密度。為了充分利用金屬鋰極高的比容量，最好是讓金屬鋰保持最原始狀態，如鋰片。再者，大部分親鋰性基質制備流程復雜，對設備要求高，且大部分無法在常溫下實現。

發明內容

本發明提供了一種親鋰性鋰負極制備方法，其目的是優化親鋰性基質的制備方法，通過調節鋰形核以及均勻化鋰離子分布，實現均勻的鋰沉積，延長金屬鋰電池壽命，此外，采用該方法不僅能得到親鋰性負極，同時能夠得到LiNO₃，硝酸鋰作為金屬鋰電池的添加劑，能夠穩定金屬鋰負極。

一方面，本發明提供了一種親鋰性負極的制備方法，包括如下步驟：

(1)將M_XNO₃溶解于有機溶劑混合液中制成M_xNO₃溶液，其中M為金屬活潑性比Li低的金屬，所述有機溶劑混合液包含有含氮的有機溶劑；