[發(fā)明專利]一種鋰電池用電沉積鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010585317.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111710841A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段華南;田然
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);馬鞍山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)投資有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發(fā)明涉及一種鋰電池用電沉積鋰?碳?銀復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，該復(fù)合材料包括柔性碳纖維、金屬鋰和金屬銀，以柔性碳纖維為基底，在其表面設(shè)一層金屬銀薄膜，然后在金屬銀薄膜表面沉積一層金屬鋰。首先利用熱蒸鍍法將金屬銀蒸鍍在碳纖維表面，之后通過電化學(xué)沉積的方法制備了金屬鋰?碳?金屬銀復(fù)合負(fù)極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明復(fù)合負(fù)極材料具有高庫倫效率，高單位面積容量，高電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池電極材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰電池用電沉積鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池對日常生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，商業(yè)化鋰電池使用碳負(fù)極現(xiàn)已基本接近其理論容量(370mAh g-1)，難以滿足便攜電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模能量存儲等方面越來越高的應(yīng)用要求。在可用作鋰電池負(fù)極的材料中，金屬鋰具有極大的理論比容量(3860mAh g-1)和最低的電化學(xué)勢(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04V)，是下一代高能鋰電池如鋰-硫和鋰-空氣電池負(fù)極材料的最佳選擇。由于金屬鋰負(fù)極在循環(huán)前后有著巨大的體積變化，并且SEI膜存在不穩(wěn)定的情況，會導(dǎo)致金屬鋰的使用性能產(chǎn)生明顯的下降，所以使用金屬鋰復(fù)合電極是一種提高金屬鋰負(fù)極性能的有效手段。

現(xiàn)有技術(shù)中金屬鋰復(fù)合電極材料有采用碳與金屬鋰進(jìn)行復(fù)合，如中國專利ZL201610250626.7公開了一種鋰-碳復(fù)合材料由復(fù)數(shù)顆粒形成的聚集體，所述的顆粒包含碳顆粒，至少部分的碳顆粒表面附著有金屬鋰和/或所述聚集體中的至少部分孔隙內(nèi)填充有金屬鋰。所述鋰-碳復(fù)合材料不但可以直接作為負(fù)極材料直接使用也可以作為添加劑加入到不含鋰元素的負(fù)極中，起到補償鋰的作用，并提高負(fù)極的首次庫倫效率，減少有效鋰的損失，并制得高能量密度的鋰離子電池，但是該技術(shù)需要進(jìn)行金屬鋰熔化，必須在惰性氣體中進(jìn)行，不適宜大規(guī)模制備。

如專利申請201910315106.3公開了一種金屬鋰負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，通過將金屬氟化物熱壓于金屬鋰上，利用金屬氟化物與金屬鋰發(fā)生的置換反應(yīng)，在金屬鋰表面形成均勻穩(wěn)定的且具備優(yōu)良電子電導(dǎo)、離子電導(dǎo)的保護(hù)層，能夠阻止金屬鋰與電解液發(fā)生副反應(yīng)，同時其表面高的離子遷移率及電子電導(dǎo)有利于鋰離子的均勻沉積，有效抑制鋰枝晶生成，延長電池壽命。該專利技術(shù)通過金屬氟化物與金屬鋰進(jìn)行復(fù)合得到復(fù)合材料，的確一定程度上提高了金屬鋰負(fù)極性能，但是，也需要進(jìn)行金屬鋰熔化，必須在惰性氣體中進(jìn)行，不適宜大規(guī)模制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種鋰電池用電沉積鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，其具有高庫倫效率，高單位面積容量，高電化學(xué)穩(wěn)定性等特點。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種鋰電池用電沉積鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料，其特征在于，該復(fù)合材料包括柔性碳纖維、金屬鋰和金屬銀，以柔性碳纖維為基底，在其表面設(shè)一層金屬銀薄膜，然后在金屬銀薄膜表面沉積一層金屬鋰。

進(jìn)一步地，所述的柔性碳纖維是由直徑為100納米～100微米的導(dǎo)電碳纖維組成碳纖維網(wǎng)絡(luò)狀的碳布或碳紙。優(yōu)選的為直徑為1～50微米的導(dǎo)電碳纖維。

進(jìn)一步地，所述的金屬銀薄膜的厚度為1nm～1μm。優(yōu)選的為厚度在5納米至500納米之間的金屬銀薄膜。

進(jìn)一步地，所述的金屬銀薄膜是采用熱蒸鍍法將金屬銀單方向蒸鍍在柔性碳纖維表面形成。

進(jìn)一步地，所述的金屬鋰采用電沉積方式形成，金屬鋰的容量為1-5mAh cm^-2。

一種鋰電池用電沉積鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：利用熱蒸鍍法將金屬銀單方向蒸鍍在柔性碳纖維，然后進(jìn)行電沉積方法加入金屬鋰，制得鋰-碳-銀復(fù)合負(fù)極材料。

進(jìn)一步地，所述的熱蒸鍍法為真空蒸鍍或電子束蒸鍍，優(yōu)選的方法為真空熱蒸鍍。