[發明專利]一種鋰負極及其制備方法

有效

• 申請號: 202011011387.2
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112164778B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 莊子龍;黃鵬程;何特特;涂飛躍;鞠博偉;匡鯉萍;龔毅;鄧致遠;周倩;曹景超;覃事彪
• 申請（專利權）人: 長沙礦冶研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/158
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種鋰負極，包括鋰負極基體，鋰負極基體的表面原位聚合有聚1,3?二氧五環層，聚1,3?二氧五環層中均勻分布有石墨相氮化碳納米片。其制備方法為：將石墨相氮化碳納米片粉末加入1,3?二氧五環中進行分散，制備成石墨相氮化碳納米片分散液；向石墨相氮化碳納米片分散液中加入引發劑，滴涂在鋰負極基體表面，使1,3?二氧五環在鋰負極表面原位聚合，得到具有復合界面層的鋰負極。本發明以原位聚合形式將1,3?二氧五環原位聚合在鋰負極基體表面，原位聚合的聚1,3?二氧五環在基體表面形成界面緩沖層，能夠有效抑制枝晶生長。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，尤其涉及一種具有復合界面保護層的鋰負極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池在便攜式電子設備、電動汽車和電站儲能等領域具有廣泛應用。但是受制于石墨負極的能量密度，傳統鋰離子電池難以滿足人們對電池能量密度要求的快速增長，因此，迫切需要開發具有更高能量密度的負極材料。鋰金屬負極因其具有較高的理論容量(3860mAh g^-1)和較低的電極電勢(-3.04V vs.SHE)，成為下一代電池最有希望的負極材料之一。

然而金屬鋰的高反應活性會與電解液持續反應，導致表面SEI膜不斷生成，降低庫倫效率；同時鋰不均勻沉積導致鋰枝晶生長，容易刺穿隔膜引發短路。因此需要開發穩定鋰負極的方法。

公開號為CN108539272A的專利文獻中，公開了在電解液中添加硝酸鋰和金屬鹵化物添加劑，實現鋰離子在界面層的快速遷移和電極上的均勻沉積，但是在循環過程中，添加劑可能會被消耗，效果不能持久。公開號為CN111293283A的專利文獻中，其在鋰負極表面制備了雙層界面膜，內層為LiF無機層，外層為醚類聚合物層，該技術方案能夠有效提高電池循環性能，但是該界面膜的厚度較大，可能會阻礙鋰離子的遷移。公開號為CN110311093A的專利文獻中，其在鋰負極表面引入石墨烯薄膜減小界面阻抗，調控鋰均勻形核，但是石墨烯缺少能與鋰離子產生相互作用的官能團，因此均勻鋰離子沉積的作用較弱。公開號為CN109841817A的專利文獻中，其在熔融金屬鋰中加入氮化碳粉末，提高了鋰鑭鋯氧無機固體電解質對鋰金屬的潤濕性，降低了界面阻抗；但是復合鋰負極表面裸漏的金屬鋰仍可能容易產生枝晶，此外熔融鋰的工藝難以應用于液態電池和聚合物固態電池。因此，開發一種簡單有效的改性鋰金屬負極的方法尤為必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種具有復合界面保護層的鋰負極及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種鋰負極，包括鋰負極基體，所述鋰負極基體的表面原位聚合有聚1,3-二氧五環層，所述聚1,3-二氧五環層中均勻分布有石墨相氮化碳納米片。

上述的鋰負極，優選的，所述鋰負極基體的表面的石墨相氮化碳納米片的負載量為0.001-0.05mg cm^-2。

上述的鋰負極，優選的，所述聚1,3-二氧五環層的厚度為0.1-10μm。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的鋰負極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨相氮化碳納米片粉末加入1,3-二氧五環中進行分散，制備成濃度為0.1-10mg ml^-1的石墨相氮化碳納米片分散液；

(2)向所述石墨相氮化碳納米片分散液中加入引發劑，并將含引發劑的石墨相氮化碳納米片分散液滴涂在鋰負極基體表面，使1,3-二氧五環在鋰負極表面原位聚合，得到具有復合界面層的鋰負極。

上述的制備方法，優選的，所述石墨相氮化碳納米片的粒徑為10-800nm。

上述的制備方法，優選的，所述石墨相氮化碳納米片粉末采用熱聚合法制備的石墨相氮化碳納米片粉末。