[發明專利]一種Ag濃度梯度三維骨架及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110365390.2
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113106568B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王麗平;趙玉琳;牛曉濱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: D01F6/54
• 分類號: D01F6/54;D01F6/48;D01F1/10;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明提供了一種Ag濃度梯度三維骨架的制備方法，包括以下步驟：將高分子材料溶于有機溶劑，不斷攪拌形成分散均勻的溶液a；取多份溶液a，分別在每份溶液a中加入不同質量的銀鹽，形成具有不同銀鹽濃度的溶液b，按照銀鹽濃度從大到小的順序將溶液b依次沉積在銅箔收集器上，然后對其進行熱處理，制得具有Ag濃度梯度的三維骨架。通過該方法制得的三維骨架可有效解決現有的活潑金屬鋰/鈉作為電池負極時存在的循環壽命短、循環可逆性低以及安全隱患大的問題。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種Ag濃度梯度三維骨架及其制備方法和應用。

背景技術

隨著科技的發展，市場對電動汽車、無人機、人形機器人、智能電子設備和其它高能量和功率密度的便攜式電源設備的需求日益增加。傳統的鋰離子電池的能量密度已無法滿足市場的需求，因此發展下一代高能量密度電池體系迫在眉睫。

活潑金屬(鋰、鈉、鉀、鋅等)作為一類理想的電池負極材料，已被廣泛地應用于高能量密度電池體系中。以鋰金屬為例，由于其具有超高的理論比容量(3860mAh g^-1)，低的還原電位(-3.04V對標準氫電極)和低質量密度，作電池負極時能夠滿足市場對便攜式高能量密度儲能設備的需求。然而，由于鋰金屬本身的固有特性，在電化學反應過程中，存在不可控枝晶生長、體積膨脹、安全性差等嚴重隱患。目前常規的解決方法有電解液改性、人造保護膜、合金化、三維骨架構造等，其中三維骨架由于其具有較大的比表面積，能夠緩解反應中電極的體積膨脹，降低局部電流密度，提高電池循環穩定性和壽命。但鋰金屬在三維骨架頂部優先沉積的生長模式是這項改性策略中最棘手的問題之一，這將導致頂部枝晶不可控生長甚至刺穿隔膜，引發嚴重的安全問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種Ag濃度梯度三維骨架及其制備方法和應用，通過該方法制得的三維骨架可有效解決現有的活潑金屬鋰/鈉作電池負極時存在的循環壽命短、循環可逆性低以及安全隱患大的問題。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種Ag濃度梯度三維骨架的制備方法，包括以下步驟：

(1)將高分子材料溶于有機溶劑，不斷攪拌形成分散均勻的溶液a；

(2)取多份溶液a，分別在每份溶液a中加入不同質量的銀鹽，形成具有不同銀鹽濃度的溶液b，按照銀鹽濃度從大到小的順序將溶液b依次沉積在銅箔收集器上，然后對其進行熱處理，制得具有Ag濃度梯度的三維骨架。

進一步地，步驟(1)中所述高分子材料為聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、熱塑性聚氨酯類、聚丙烯酸、聚苯乙烯中的一種或幾種，溶液a中高分子材料的質量分數為5～12wt％。

進一步地，步驟(1)中高分子材料為聚偏氟乙烯，溶液a中高分子材料的質量分數為10wt％。

進一步地，步驟(1)中有機溶劑由N,N-二甲基甲酰胺和丙酮混合而成，所述N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的質量比為6-10:0-4。

上述方案中，N,N-二甲基甲酰胺的沸點更高，丙酮的沸點更低，將不同沸點的物質混合使用，可調節三維骨架的生長形貌，進而提高三維骨架的性能。

進一步地，步驟(1)中N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的質量比為7:3。

進一步地，步驟(2)中銀鹽為硝酸銀、乙酸銀、氟化銀或高氯酸銀。

進一步地，步驟(2)中銀鹽為硝酸銀。

進一步地，步驟(2)中溶液b中銀鹽的濃度范圍為0-20wt％。

進一步地，步驟(2)中溶液b設置有三種，三種溶液b中銀鹽的濃度分別為10wt％、5wt％、0wt％。