一种三维复合金属锂负极及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111682164A(43)申请公布日2020.09.18(21)申请号202010554058.6(22)申请日2020.06.17(71)申请人四川虹微技术有限公司地址610000四川省成都市中国（四川）自由贸易试验区成都高新区天府四街199号1栋33层(72)发明人高剑邓云龙罗从山王铭(74)专利代理机构四川省成都市天策商标专利事务所51213代理人胡慧东(51)Int.Cl.H01M4/04(2006.01)H01M4/36(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种三维复合金属锂负极及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种三维复合金属锂负极及其制备方法，包括以下步骤：在氩气环境中，将金属锂板进行表面抛光处理；将抛光后的金属锂板放置在容器中，通入含有水分的氮气、二氧化氮或者二者的混合气体，使含水混合气体与金属锂板发生反应；待金属锂板冷却至室温后，将其浸泡在正硅酸四乙酯试剂中；浸泡结束后，用无尘纸擦拭干，将其在超声波搅拌真空熔炼炉熔炼，以确保未反应的正硅酸四乙酯试剂完全挥发，将该熔融的复合锂液均匀沉积在泡沫镍上，冷却后即得到三维复合金属锂负极。改善了金属锂负极界面层的结合性问题，以及降低了界面阻抗，提升了材料的离子导电率；使复合金属锂负极的使用寿命和安全性能均得到大幅度提高。CN111682164ACN111682164A权利要求书1/1页1.一种三维复合金属锂负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在氩气环境中，将金属锂板进行表面抛光处理；(2)将抛光后的金属锂板放置在容器中，通入含有水分的氮气、二氧化氮或者二者的混合气体，使含水混合气体与金属锂板发生反应；(3)待步骤(2)中的金属锂板冷却至室温后，将其浸泡在正硅酸四乙酯试剂中；(4)浸泡结束后，用无尘纸擦拭干，将其在超声波搅拌真空熔炼炉熔炼，以确保未反应的正硅酸四乙酯试剂完全挥发，将该熔融的复合锂液均匀沉积在泡沫镍上，冷却后即得到三维复合金属锂负极。2.根据权利要求1所述的三维复合金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中水分的含量为1ppm～100ppm，氮气和二氧化碳气体的气流量为50sccm～600sccm，通气时间为5min～300min，反应温度为25℃～60℃。3.根据权利要求1所述的三维复合金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸泡时间为1～30min。4.根据权利要求1所述的三维复合金属锂负极的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中熔炼温度为160℃～300℃，熔炼时间为10min～60min。5.一种三维复合金属锂负极，其特征在于，采用权利要求1～4任意一项权利要求所述的制备方法制备得到的。2CN111682164A说明书1/4页一种三维复合金属锂负极及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种三维复合金属锂负极及其制备方法。背景技术[0002]随着科技的不断发展，能源需求量的不断扩大，高能量密度的锂离子电池成为了目前的研究热点。金属锂负极以极高的理论比容量(3860mAh·g-1)和极负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)被认为是最具潜力的负极材料。以金属锂为负极的金属锂二次电池(如锂硫和锂氧电池等)被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而，金属锂负极的应用仍然存在着很多的问题。首先，锂离子反复的沉积和溶出过程中，在金属锂负极表面极易生长出锂枝晶，从而刺穿隔膜造成短路引发热失控，带来严重的安全事故。枝晶断裂后形成的“死锂”会降低库伦效率，增大内阻，并且在电池的充放电循环过程中，电极发生巨大的体积膨胀会造成电极粉化，从而缩短电池的使用寿命。以上这些问题极大地限制了锂负极的实际应用。近年来，科研工作者从多方面去改性金属锂负极的这一系列问题，其中包括：调控电解液添加剂、采用固态电解质膜、修饰集流体、金属锂表面涂覆保护膜等方法，但均未能从根本上解决金属锂负极枝晶生长和体积膨胀等问题。专利CN109920980A中，阐述了一种表面包覆修饰的锂电池金属锂负极的制备方法。将金属锂板在氩气环境中通入氮气反应一段时间，然后与固态电解质陶瓷板结合在一起减小了界面电阻；专利CN110714195A公开了一种金属锂表面改性方法，利用二氧化碳与金属锂表面发生反应，在金属锂表面原位构筑一层均匀致密的碳酸锂包覆层。该包覆层与金属锂基体结合紧密，可抑制金属锂与空气中的水和氧发生反应，降低其对存储和使用环境的要求，提高其对空气稳定性；CN106099260A公开了一种固态电解质复合隔膜及制备方法，采用锗酸锌快离子导体、Li3N及其衍生物、硫化物玻璃电解质、Li3InX6型固态电解质、L