[發明專利]基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110480146.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113206234B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 薛麗紅;張航;張五星;嚴有為
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;尚威

本發明屬于鋰電池負極領域，并具體公開了一種基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極及其制備方法，包括如下步驟：通過氧化銻錫對碳框架進行改性，得到改性碳框架；使金屬鋰與改性碳框架結合，得到基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極。本發明通過氧化銻錫對碳框架進行改性，氧化銻錫易吸附在碳框架表面，其能夠提高金屬鋰與碳框架間的潤濕性，進而使金屬鋰與改性碳框架能夠緊密結合，得到穩定的鋰金屬復合負極，工藝簡單環保、無需后續熱處理，且設備要求低、成本低，易于大批量生產。

技術領域

本發明屬于鋰電池負極領域，更具體地，涉及一種基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極及其制備方法。

背景技術

金屬鋰負極具有高理論容量(高達3860mAh/g)和最低電化學電勢(-3.040V，相對于標準氫電極)，能夠滿足人類對高能量密度鋰電池的要求。但是，金屬鋰負極存在著枝晶生長、高反應活性、巨大體積膨脹等問題。以導電的碳材料作為鋰負極的框架能夠有效容納金屬鋰的沉積、抑制金屬鋰體積膨脹，從而提高電池的綜合性能，然而金屬鋰與碳材料的浸潤性差，熔融的金屬鋰很難直接復合在碳框架上。

目前，碳框架/金屬鋰復合負極的制備方法主要有電化學沉積法和熔融金屬鋰灌入法。采用電化學沉積法，鋰的初始沉積難以控制，易出現鋰沉積不均勻的現象，且需要通過制備“犧牲電池”進行預循環來預沉積金屬鋰，預沉積完成后將“犧牲電池”拆卸并拋棄，這個過程會造成人工和成本的大量浪費。而熔融金屬鋰灌入法制備工藝簡單、易于操作、無需“犧牲電池”，且金屬鋰在框架中分布均勻，但金屬鋰與碳框架間的潤濕性差，需要對碳框架表面進行改性。碳框架表面的改性方法主要有電鍍法和化學氣相沉積法。但這些改性方法還存在著一些不足之處，如對設備要求高，制備成本高，需要進行后續熱處理，或使用有毒有害的有機物等，這些缺點在很大程度上限制了碳框架/鋰復合負極的制備及其應用。因此，亟需一種價格低廉的、對環境友好的、簡單易操作的碳框架/鋰復合負極及其制備方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極及其制備方法，其目的在于，對碳框架進行改性，使金屬鋰與改性碳框架能夠緊密結合，得到穩定的鋰金屬復合負極，且工藝簡單、對環境友好。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提出了一種基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極制備方法，包括如下步驟：

通過氧化銻錫對碳框架進行改性，得到改性碳框架；使金屬鋰與改性碳框架結合，得到基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極。

作為進一步優選的，將氧化銻錫粉末分散于溶劑中，得到氧化銻錫懸濁液，將該氧化銻錫懸濁液滴加在碳框架上，使氧化銻錫物理吸附在碳框架上，得到改性碳框架。

作為進一步優選的，氧化銻錫粉末的粒徑為5nm～500nm。

作為進一步優選的，氧化銻錫粉末的粒徑為20nm～200nm。

作為進一步優選的，改性碳框架中，氧化銻錫占改性碳框架質量的5wt％～80wt％。

作為進一步優選的，改性碳框架中，氧化銻錫占改性碳框架質量的20wt％～40wt％。

作為進一步優選的，將氧化銻錫粉末超聲分散在水或乙醇溶劑中，得到氧化銻錫懸濁液。

作為進一步優選的，將熔融的金屬鋰與改性碳框架直接接觸，通過虹吸效應將金屬鋰吸入改性碳框架中，得到基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極。

作為進一步優選的，將熔融的金屬鋰滴加到改性碳框架中，金屬鋰與改性碳框架表面的氧化銻錫發生氧化還原反應，從而使金屬鋰與改性碳框架緊密結合，得到基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極。

作為進一步優選的，按照本發明的另一方面，提供了一種基于氧化銻錫改性碳框架的鋰金屬復合負極，其采用上述制備方法制備得到。