[發(fā)明專利]一種復合鋰金屬負極及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011618319.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112768636B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 黃云輝;王華;李真;袁利霞
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/04;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 陳燦;李智

本發(fā)明屬于二次鋰金屬電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種復合鋰金屬負極及其制備方法。本發(fā)明制備方法包括以下步驟：(1)配制導電金屬納米線墨水，將金屬網(wǎng)浸入所述金屬納米線墨水中，取出所述金屬網(wǎng)后干燥，獲得負載有導電金屬納米線的金屬網(wǎng)；(2)將所述負載有導電金屬納米線的金屬網(wǎng)平放在金屬鋰箔上，通過輥壓機進行輥壓，移除金屬網(wǎng)，即可得到復合鋰金屬負極。本發(fā)明中通過利用金屬網(wǎng)在金屬鋰箔上壓制陣列溝道圖案，一方面金屬網(wǎng)機械強度大于鋰，易于進行有效輥壓構(gòu)造溝道，獲得的復合鋰金屬負極相對于平板鋰箔，具有極低的極化電壓和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在鋰金屬二次電池領(lǐng)域具有很大的應用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次鋰金屬電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種復合鋰金屬負極及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

基于金屬鋰的二次電池已投入電動汽車、筆記本電腦和手機等市場中，然而，電動汽車著火和手機爆炸等現(xiàn)象卻屢見不鮮，這是主要是在充放電過程中鋰金屬負極不穩(wěn)定引起。金屬鋰是一種化學性質(zhì)十分活潑的金屬，在充放電過程中極易生成金屬鋰枝晶，持續(xù)生長的枝晶會刺穿隔膜，造成電池內(nèi)部短路，可能引發(fā)起火災和爆炸等嚴重的安全問題，并且金屬鋰枝晶的肆意生長會導致巨大的體積膨脹和負極粉化，影響金屬二次電池的穩(wěn)定性和循環(huán)性能，縮短電池壽命。因此，保證無枝晶的鋰沉積是實現(xiàn)高安全鋰金屬二次電池的最基本要求。

近年來，科研工作者們提出了如引入三維集流體、構(gòu)造人工SEI膜和調(diào)節(jié)電解液組份等一系列改善措施，取得一定的有益效果。如復旦大學周永寧研究團隊(Energy StorageMater.2018,14,335)報道了一種在泡沫鎳上修飾ZnO的具有親鋰性的3D集流體，并通過熔融擴散法制備了復合鋰金屬負極，在一定程度上抑制了鋰枝晶的生長，但是較低的質(zhì)量能量密度以及350℃高溫熔融的過程將會限制其實際應用；又如WooYoung Yoon團隊(J.Electrochem.Soc.2020,167,100549)報道了利用鋰粉制備金屬鋰負極，在一定程度上增大了電化學活性面積，降低了電流密度，實現(xiàn)了金屬鋰可控的沉積，有效的抑制了鋰枝晶的生長，但是該方法過程需要復雜工藝和設備，不利于商業(yè)化生產(chǎn)。

CN111354945A公開了一種用于二次鋰金屬電池的電化學電池的負極，所述負極包括：金屬基底；鋰金屬層，所述鋰金屬層覆蓋在所述金屬基底的主表面上面；和保護性界面層，所述保護性界面層形成在所述金屬基底上方的所述鋰金屬層的主表面上，其中所述保護性界面層包括單分子層的疊堆，所述單分子層的疊堆包括覆蓋在所述鋰金屬層的所述主表面上面的至少一個芳基硅氧烷單分子層，并且其中所述保護性界面層表現(xiàn)出橫向有序結(jié)構(gòu)和軸向有序結(jié)構(gòu)，并且其中所述保護性界面層的所述有序結(jié)構(gòu)通過相鄰芳基基團之間的非共價靜電相互作用穩(wěn)定。該技術(shù)方案將單芳基硅烷施加到鋰金屬層的表面上使得在鋰金屬層的主表面上方形成包括單分子層的有序疊堆的保護性界面層，但是在鋰金屬負極中枝晶生長的問題仍存在不足。

因此，現(xiàn)有技術(shù)仍缺乏一種能夠抑制枝晶生長的復合鋰金屬負極制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種復合鋰金屬負極的制備方法，通過壓制陣列溝道圖案以及在溝道中引入對金屬鋰具有良好親和性的銀納米線，以此來調(diào)節(jié)電場和鋰離子流分布，增加電化學活性面積和誘導金屬鋰的均勻沉積，從而解決鋰金屬負極中枝晶生長的問題。本發(fā)明的詳細技術(shù)方案如下所述。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種復合鋰金屬負極的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制導電金屬納米線墨水，將金屬網(wǎng)浸入所述金屬納米線墨水中，取出所述金屬網(wǎng)后干燥，獲得負載有導電金屬納米線的金屬網(wǎng)；

(2)將所述負載有導電金屬納米線的金屬網(wǎng)平放在金屬鋰箔上，通過輥壓機進行輥壓，移除金屬網(wǎng)，即可得到復合鋰金屬負極。

作為優(yōu)選，所述導電金屬納米線墨水中的金屬為金或銀，溶劑為無水乙醇或異丙醇。

作為優(yōu)選，所述導電金屬納米線墨水中導電金屬納米線濃度為0.5-5mg/mL。