[發明專利]一種自修復鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010945734.2
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112054176B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 宮勇吉;翟朋博;劉偉;王興國
• 申請（專利權）人: 北京中瑞泰新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 任霜

本發明屬于負極材料技術領域，特別涉及一種自修復鋰離子電池負極材料及其制備方法。本發明提供了一種自修復鋰離子電池負極材料，包括表面生長有銅納米線的銅箔基底和填充于所述銅納米線間隙的GaInSn液態金屬。本發明在銅箔表面均勻生長了銅納米線，由于銅箔表面微觀形貌的變化，在毛細力的作用下，GaInSn液態金屬在該銅箔電極表面實現了較好的浸潤，銅納米線將尺寸較大的GaInSn液態金屬顆粒分散，不僅改善了電極材料的結構穩定性，負極材料的體積變化得到緩解；由于GaInSn液態金屬在長有銅納米線的銅箔表面實現了浸潤，在受到外力作用后，GaInSn液態金屬能夠利用其液態物理性質，實現自修復，恢復容量。

技術領域

本發明屬于負極材料技術領域，特別涉及一種自修復鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的負極是由負極活性物質碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側，經干燥、滾壓而成。負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出，鋰電池充電時，正極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向負極運動與電子合成鋰原子；放電時，鋰原子從負極表面電離成鋰離子和電子，并在正極處合成鋰原子。負極材料主要影響鋰離子電池的首次效率、循環性能等，直接影響鋰離子電池的性能。

目前，商用化鋰離子電池負極為石墨，石墨負極作為鋰離子在石墨晶格中的插層，理論比容量為372mA·h/g，但隨著電動汽車等行業的發展，石墨負極無法滿足鋰離子電池高容量的需求，而基于合金化反應的金屬/非金屬負極(如Si、Sn負極)憑借高能量密度逐漸得到重視。

如文獻1(Guo X,Ding Y,Xue L,et al.A Self-Healing Room-TemperatureLiquid-Metal Anode for Alkali-Ion Batteries.Advanced Functional Materials,2018,28(46).)，將GaIn液態金屬置于有機溶劑中，使用細胞粉碎機將GaIn分散為微米級顆粒，之后將GaIn顆粒與導電炭黑混合為漿料，涂覆于集流體表面，得到復合負極。但該技術方案中，細胞粉碎過程中容易發生液態金屬的氧化，同時，由于液態金屬與碳材料復合，無法發揮其受外力破損(如穿刺)后的自愈修復能力；又如文獻2(Ding,Y.；Guo,X.；Qian,Y.；Xue,L.；Dolocan,A.；Yu,G.Room-Temperature All-Liquid-Metal Batteries Based onFusible Alloys with Regulated Interfacial Chemistry and Wetting.AdvancedMaterials2020,32,2002577)，將GaIn金屬液滴直接滴涂于銅箔表面作為負極材料，但該技術方案中由于液態金屬GaIn與銅箔的潤濕性非常差，導致其在銅箔表面以尺寸非常大的球形顆粒形式存在，導致了液態金屬在儲鋰/脫鋰過程中發生非常大的體積變化，造成負極材料的破碎，粉化；同時由于液態金屬顆粒非常大，導致鋰離子的傳質受阻，活性物質利用率低，鋰離子電池的容量大幅度降低。因此，目前的合金化負極材料仍存在體積變化大且無法自修復的不足。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種自修復鋰離子電池負極材料及其制備方法，本發明提供的自修復鋰離子電池負極材料具有體積變化小、受損后可自修復且電化學性能優異的特點。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種自修復鋰離子電池負極材料，包括表面生長有銅納米線的銅箔基底和填充于所述銅納米線間隙的GaInSn液態金屬。

優選的，所述銅納米線的直徑為50～200nm。

優選的，所述GaInSn液態金屬中Ga、In和Sn的摩爾比為(65～70)：(15～25)：(5～20)。

優選的，所述自修復鋰離子電池負極材料中，GaInSn液態金屬的負載量為10～50mg/cm²。