一种锂金属电池负极及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114744204A(43)申请公布日2022.07.12(21)申请号202210291223.2(22)申请日2022.03.23(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人黄现礼左中正庄冬梅赵嫚嫚王涛何建平(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师周宁(51)Int.Cl.H01M4/66(2006.01)H01M10/42(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种锂金属电池负极及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种锂金属电池负极及其制备方法，属于电池能源技术领域，在铜集流体表面构筑亲锂层，降低锂金属沉积时的形核过电位，改善电极极化情况，提高电池中电极反应的可逆性，延长锂金属电池的使用寿命。本发明使用的锂金属电池负极为修饰有一层亲锂层的复合集流体；首先采用空气氧化法将清洗干净的铜箔置于马弗炉中进行氧化，在集流体表面形成一层氧化层，再借助氧化锂的挥发性，将氧化的铜集流体利用热扩散的方法改性，最终得到一种复合集流体，组装电池对其电化学性能进行测试，结果表明不仅锂在电极表面的沉积稳定均匀，而且极大的提升锂金属电池的循环寿命和库伦效率。CN114744204ACN114744204A权利要求书1/1页1.一种锂金属电池负极，其特征在于，所述负极为铜箔集流体表面修饰有亲锂化合物的复合集流体。2.根据权利要求1所述的锂金属电池负极，其特征在于，所述亲锂化合物表面修饰层厚度为300nm‑1μm。3.根据权利要求1或2所述的锂金属电池负极，其特征在于，所述亲锂化合物为LiCuO。4.一种锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将铜箔放置在一定浓度的HCl中进行清洗；（2）将步骤（1）得到的铜箔先用蒸馏水反复清洗，再用乙醇清洗；（3）将步骤（2）中洗净后的铜箔烘干，然后置于空气气氛中高温氧化；（4）称取一定量的锂源，将称取的锂源置于惰性气体气氛中，高温下使锂蒸发，在氧化后的铜箔表面修饰亲锂层，冷却后得到改性铜集流体。5.根据权利要求4所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述HCl浓度为0.1‑1mol/L。6.根据权利要求4所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述高温氧化的升温速率为0.5‑10℃/min，温度为200‑300℃，保温时间为1‑3h。7.根据权利要求4所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述锂源质量相对于铜箔大小为0.1‑10mg/cm2。8.根据权利要求4或7所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述锂源为氧化锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种。9.根据权利要求4所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述高温的升温速率为1‑10℃/min，温度为500‑900℃，保温时间为1‑4h。2CN114744204A说明书1/4页一种锂金属电池负极及其制备方法技术领域[0001]本发明属于能源电池技术领域，具体涉及一种锂金属电池负极及其制备方法。背景技术[0002]近年来，能源和环境问题对人类社会的威胁日益严重。为了减少化石燃料的消耗，汽车产业正逐步向电动汽车方向过渡。然而，由于目前的锂离子电池主要面向3C电子产品，当将目前的锂离子电池应用于电动汽车产业时，锂离子电池的容量问题给电动汽车的用户带来了里程焦虑。究其原因，基于传统的石墨负极的锂离子电池的低能量密度的限制(299Whkg‑1)无法满足人们对储能产品越来越大的能量密度的需求，锂金属负极的研究重新得到了研究人员的关注。[0003]锂金属具有最低的氧化还原电位‑3.04V(vsSHE)和3862mAhg‑1的超高的负极理论比容量，锂金属电池因此被人们认为是最有希望成为下一代高能量密度电池的之一，受到了人们广泛的关注。然而由于锂金属的固有特性，锂负极在充放电过程中会存在许多问题：锂枝晶的形成带来的锂的不均匀沉积、电极的腐蚀、死锂和体积膨胀；这些问题会导致锂金属电池在长时间运行后容量发生严重的损失甚至爆炸。早期的锂金属电池的研究探索集中在锂负极的可逆性上，但上述问题一直阻碍着锂金属电池的实际运用。发明内容[0004]本发明提供了一种锂金属电池负极及其制备方法，所述负极为铜箔集流体表面构建一层亲锂层，有利于锂金属在电极表面沉积，抑制锂枝晶形成，提高电池使用寿命。[0005]为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：一种锂金属电池负极，所述负极为铜箔集流体表面修饰有亲锂化合物的复合集流体，所述亲锂化合物为LiCuO，其表面修饰层厚度为300nm‑1μm。[0006]一种锂金属电池负极的制备方法，包括以下步骤：（1）将铜箔放置