[發明專利]應用于鋰金屬電池的無機GeO2

在審

• 申請號: 202010072389.6
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111244427A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 胡毅;毛杰挺;吳克識
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/052
• 代理公司: 杭州永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 羅偉清

本發明涉及一種應用于鋰金屬電池的無機GeO₂?Li復合負極及其制備方法，屬于儲能體系器件材料制備技術領域。一種應用于鋰金屬電池負極的無機GeO₂?Li復合負極的制備方法，該方法包括以下步驟：（1）GeO₂?Li熔融混合物的制備：二氧化鍺納米顆粒與鋰片以質量比1：1?3混合，且不包括質量比1:1，置于坩堝中，加熱至熔融溫度，攪拌均勻，得到熔融混合物；（2）GeO₂?Li復合負極：將步驟（1）得到的GeO₂?Li熔融混合物冷卻，然后用機械法壓制成厚度均勻的復合負極。所得到的無機GeO₂?Li復合材料具有高的鋰離子和電子擴散速率，用于鋰金屬電池能有效提高電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種儲能體系器件材料，特別涉及一種應用于鋰金屬電池的無機GeO₂-Li復合負極及其制備方法，屬于儲能體系器件材料制備技術領域。

背景技術+

為了滿足日益增長的能源需求，減少對化石燃料的依賴，有必要發展可再生和清潔能源技術。水電、太陽能和風力發電系統是最合適的選擇，但由于它們的間歇性質，需要能量儲存系統來儲存多余的能量并按需供應。可充電電池，如鋰金屬/離子、鎳金屬氫化物和鉛酸等被認為是儲存電化學能量的主要候選者。其中，鋰離子電池（LIB）由于具有比其他電池更好的蓄電能力、長壽命穩定性和耐熱性，因此位居榜首。但是鋰離子電池受石墨負極的限制，無法再滿足人們的需求。

鋰金屬負極具有高的理論容量(3860 mAh g^?1)、低的氧化還原電位(相對于標準氫電極為-3.04 V)以及最低的密度(0.53 g cm^-3)，是一種理想的負極材料。然而，鋰金屬負極具有高反應活性與熱力學不穩定性，在鋰離子反復沉積和剝離過程中，金屬鋰負極表面容易生長出鋰枝晶，并發生粉化；循環過程中固體電解質界面(SEI)的不斷破裂生成會消耗大量的電解液，極大降低了電池的利用率，造成安全隱患，縮短電池使用壽命；此外，鋰金屬負極在沉積/剝離過程中會形成死鋰以及無限的體積膨脹，從而限制了鋰金屬電池的進一步應用。這些問題可能導致低庫侖效率、高電極阻抗、容量損失、短壽命和安全問題。造成這些問題的原因主要有以下幾點：

1、Li是一種非常活潑的金屬，其外層只有一個電子，由于原子核與內部電子之間的屏蔽作用，很容易失去外層電子而形成Li⁺，使其具有很高的反應性和熱力學不穩定性；

2、可充電電池通常在恒流密度下工作，在兩個相對的電極之間有等量的電流流動。由于正極通常是多孔的，電場分布均勻，電流密度因其較高的電活性表面積而歸一化。Li金屬負極無孔且平面，其電場線垂直于其表面，產生極高的局部電流密度。這也使得鋰金屬負極具有很高的活性，并導致了一些嚴重的問題，如枝晶的生長、不穩定的SEI與電解質溶液的反應以及安全問題；

3、在循環過程中鋰負極無限的體積膨脹是鋰金屬電池中的另一個問題。如果電極體積膨脹較為嚴重，電極粉化導致電池失效。

發明內容

本發明提供一種應用于鋰金屬電池負極的無機GeO₂-Li復合負極，具備良好的電化學性能。

本發明還提供一種應用于鋰金屬電池負極的無機GeO₂-Li復合負極的制備方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種應用于鋰金屬電池負極的無機GeO₂-Li復合負極的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）GeO₂-Li熔融混合物的制備：二氧化鍺納米顆粒與鋰片以質量比1：1-3混合，且不包括質量比1:1，置于坩堝中，加熱至熔融溫度，攪拌均勻，得到熔融混合物；