一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114464814A(43)申请公布日2022.05.10(21)申请号202210095506.XC01B25/08(2006.01)(22)申请日2022.01.26(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)发明人黄现礼赵嫚嫚盛雷曹敏王璐李大团何建平王涛(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师王慧颖(51)Int.Cl.H01M4/66(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)H01M10/42(2006.01)C01G3/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体及其制备方法，属于电池能源技术领域，目的在于在铜集流体表面构筑一层亲锂层，提高电池内部离子电子导电率，改善电池内部离子和电荷的传输条件，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。本发明使用的铜集流体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片置于马弗炉中进行氧化，在集流体表面形成一层氧化层作为中间层，再以磷源或硫源对氧化后的铜片进行磷化或硫化，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，结果表明不仅均匀了锂离子在电极表面的稳定沉积，而且极大的提升锂金属电池的循环寿命和库伦效率。CN114464814ACN114464814A权利要求书1/1页1.一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体，其特征在于，所述改性铜集流体为表面修饰有亲锂层的复合集流体。2.根据权利要求1所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体，其特征在于，所述亲锂层为硫化亚铜或磷化亚铜。3.一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对铜片进行清洗，干燥后空气气氛中200‑300℃加热氧化1‑3h；（2）在上述处理后的铜表面修饰铜化合物亲锂层，得到改性铜集流体。4.根据权利要求3所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中对铜片的清洗过程为：将铜片放置于0.1‑1mol/L的HCl中进行清洗，再用蒸馏水反复清洗，最后用无水乙醇清洗。5.根据权利要求3所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加热氧化的升温速率为0.5‑10℃/min。6.根据权利要求3所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中修饰亲锂层的原料为磷源或硫酸钠溶液。7.根据权利要求6所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，当原料为磷源时，修饰亲锂层的过程为：将步骤（1）中得到的铜片放置在高温反应炉中，使所述集流体本体中的铜与所述磷源在惰性气体气氛中250‑350℃下反应1‑2h，在所述集流体表面修饰上一层磷化亚铜亲锂层。8.根据权利要求6或7所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，所述磷源为次亚磷酸钠或红磷。9.根据权利要求6所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，当原料为硫酸钠溶液时，修饰亲锂层的过程为：将步骤（1）得到的铜片浸没于浓度为1‑20mM硫化钠溶液中室温下浸泡0.5‑3h。10.根据权利要求9所述的用于锂金属电池负极的改性铜集流体的制备方法，其特征在于，浸泡后的铜片用水和乙醇反复清洗后在60‑70℃下真空干燥箱中干燥3h，得到表面含有硫化亚铜的铜集流体。2CN114464814A说明书1/5页一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体及其制备方法技术领域[0001]本发明属于能源电池技术领域，具体涉及一种用于锂金属电池负极的改性铜集流体及其制备方法。背景技术[0002]近年来伴随物流、通讯等各类电子消费产品的不断兴起，寻找低成本、环保、稳定的新能源已经成为未来发展不可避免的趋势。其中电池利用正负极间的电化学反应实现电能和化学能间的相互转化，具有便捷、可控、比能量高、使用寿命长等优点，在如今人们不断寻求清洁能源的这一时期，电池的发展也成了各界人士关注的焦点。现在市面上的流行的锂离子电池由于正极材料容量的限制，锂离子的研究已经接近其理论能量密度，难以满足各行各业对高能量密度电源的需求。而锂金属具有无以伦比的理论比能量密度(3860mAhg‑1)，极低的电极电势(‑3.04Vvs相对标准氢电极)，超轻的质量密度(0.59gcm‑3)，因此锂金属电池被人们认为是有希望成为下一代的高能量密度电池的之一。[0003]但是金属锂具有极高的反应活性使其难以稳定存在于任何电解液中，两者间不断发生副反应，同时电池循环