[實(shí)用新型]氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202120023964.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN213692114U
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王康;王瑋杰;李東瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院新材料研究所
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 濟(jì)南領(lǐng)升專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37246
• 代理人: 崔苗苗

本實(shí)用新型公開了一種氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片，包括集流體，集流體包括泡沫鎳、氧化鋅層和鋰金屬層，氧化鋅層和鋰金屬層順次固定在泡沫鎳外側(cè)。泡沫鎳彎折設(shè)置，形成圓形或正多邊形，進(jìn)一步增大陽(yáng)極片的比表面積，提升導(dǎo)電效率。集流體處還固定連接有鋰箔，鋰箔所在平面與集流體所在平面平行。本實(shí)用新型提供了一種新型的氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片，在泡沫鎳表面依次固定氧化鋅層和鋰金屬層，能夠有效抑制鋰金屬陽(yáng)極在循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹，并有效調(diào)控鋰的均勻鍍覆/剝離，且陽(yáng)極片整體具有較大的比表面積，有利于電子和離子的運(yùn)輸，具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片。

背景技術(shù)

隨著城市環(huán)境的污染加重和傳統(tǒng)化石燃料的逐漸消耗，人們對(duì)高能量密度存儲(chǔ)設(shè)備的需求與日劇增。鋰離子電池已經(jīng)對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，然而固有的局限性使其難以滿足便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的日益增長(zhǎng)的需求。因此，人們開始研究鋰離子以外的化學(xué)物質(zhì)，使其能夠得到商業(yè)應(yīng)用。隨著相關(guān)研究工具和基于納米技術(shù)的解決方案的發(fā)展，金屬鋰的安全問(wèn)題得到了很好的解決，其已成為下一代鋰電池的熱門材料之一。

金屬鋰（Li）具有最高的理論容量（3860 mA h g^-1或2061 mA h cm^-3）和最低的電化學(xué)勢(shì)（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04 V）, 是鋰電池陽(yáng)極的最佳選擇。最先進(jìn)的鋰離子電池可達(dá)到的比能量約為250 Wh kg^-1，比汽油的實(shí)用價(jià)值低一個(gè)數(shù)量級(jí)。一旦用Li代替陽(yáng)極，得到的Li-LMO電池（其中LMO是鋰過(guò)渡金屬氧化物）可以提供約440 Wh kg^-1的比能。此外，-（鋰-硫）Li-S和（鋰-空）Li-air系統(tǒng)可以進(jìn)一步將比能提高到650 Wh kg^-1和950 Wh kg^-1。

Li核的初始尺寸和枝晶生長(zhǎng)速率隨局部電流密度而變化，人們廣泛研究了3D導(dǎo)電骨架以適應(yīng)“無(wú)主體”的Li金屬。一方面，多孔3D骨架結(jié)構(gòu)可以為鋰沉積提供足夠的空間并使體積膨脹最小化。另一方面，多孔網(wǎng)絡(luò)可以有效地降低面電流密度，有利于抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。然而，金屬銅和大多數(shù)碳材料通常對(duì)熔融的鋰顯示出較差的潤(rùn)濕性，因此需要進(jìn)行電化學(xué)過(guò)程以預(yù)先將金屬鋰鍍?nèi)肫渲小５牵@種繁瑣的預(yù)沉積過(guò)程是3D基體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵限制。相反，通過(guò)熱預(yù)儲(chǔ)存鋰將金屬Li捕獲在親鋰的骨架中可能為該領(lǐng)域提供了另外一條道路。最初，人們發(fā)現(xiàn)鎳泡沫可用作熱預(yù)存儲(chǔ)鋰的穩(wěn)定基質(zhì)。但是，由于缺乏親鋰表面，其電化學(xué)性能仍然不理想。因此，可能需要通過(guò)一種新型陽(yáng)極片，以克服成核障礙并指導(dǎo)均勻的Li沉積。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，具有良好的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

氧化鋅包覆泡沫鎳鋰金屬陽(yáng)極片，包括集流體，所述集流體包括泡沫鎳、氧化鋅層和鋰金屬層，所述氧化鋅層和鋰金屬層順次固定在泡沫鎳外側(cè)。

所述泡沫鎳彎折設(shè)置，形成圓形或正多邊形，進(jìn)一步增大陽(yáng)極片的比表面積，提升導(dǎo)電效率。

所述泡沫鎳的厚度為0.6mm-2.5mm，其內(nèi)部孔道的孔徑為5μm-15μm，既能起到較強(qiáng)的支撐作用，又能在鋰金屬沉積/剝離的過(guò)程中誘導(dǎo)成核。

所述氧化鋅層厚度為2μm-10μm，微米級(jí)氧化鋅保證電池電極厚度不會(huì)太大，使陽(yáng)極片能應(yīng)用與更多場(chǎng)景中。

所述氧化鋅層朝向鋰金屬層的一側(cè)呈連續(xù)的“W”形，增大氧化鋅層與鋰金屬層之間的接觸面積，增強(qiáng)二者連接的穩(wěn)固程度。

所述鋰金屬層朝向氧化鋅的一側(cè)呈與氧化鋅層相對(duì)應(yīng)的“W”形。

所述鋰金屬層的厚度為3μm-8μm。