[发明专利]一种提高锂负极性能的方法

说明书

本发明公开一种提高锂负极性能的方法，属于电极材料领域，是一种非常简单且有效的方法。本发明以商用铜箔做为集流体，并在其一面旋蒸法镀一层金，得到单面镀金的Au@Cu电极；组装电池时，隔膜选用聚丙烯膜，锂片作为对电极，单面镀金的Au@Cu电极作为工作电极，其中，镀金面反向于隔膜。本发明采用的方法中，由于采用单面镀金的Au@Cu电极，锂选择性沉积于Au上，反向与隔膜生长，防止枝晶刺破隔膜，能够有效提高锂负极的安全性能；同时，Li枝晶向下生长时，由于阻力的作用，锂会沉积的更为均匀，有效的抑制锂枝晶的产生，提高锂负极的库伦效率。

技术领域

本发明属于电极材料领域，涉及一种锂负极的制备方法及其在电池中的应用。

背景技术

锂离子电池的能量密度已经不足以满足当今社会很多应用的需求，所以具有更高能量密度的下一代电池(如锂硫电池，锂空电池等)受到了广泛的关注。在这些电池中，负极采用了锂负极，因此研究具有高性能的锂负极十分必要。

锂负极具有很多的优势，如：(1)最低的电位(-3.040V)；(2)环境友好；(3)超高理论比容量高达3860mAh/g，等。然而，锂负极具有致命的缺陷制约着锂硫电池，锂空电池等下一代电池在实际中的应用。这些缺陷由锂在沉积过程中形成的锂枝晶而产生：一方面，锂枝晶可能刺穿隔膜，照成电池短路，引起安全性问题；另一方面，锂枝晶暴露更多比表面，加速锂与电解液的不可逆反应，且易在循环过程中产生“死锂”，造成库伦效率的降低。

发明内容

针对这些问题，本发明提供一种非常简单且有效的方法来改善锂负极的性能。以商用铜箔作为集流体，并在其一面旋蒸法镀一层金(Au)，得到单面镀金的Au@Cu电极。组装电池时，镀金面反向于隔膜。在这样的电极中：(1)由于锂的沉积特性，锂会选择性沉积于Au上；而又由于沉积Au的一面反向与隔膜，Cu箔贴近隔膜的一面不会有锂沉积，这样，锂将会反向与隔膜生长，有效防止枝晶刺破隔膜，提高锂负极的安全性能；(2)Li枝晶反向生长时，由于阻力的作用，使得锂会沉积的更为均匀，有效的抑制锂枝晶的产生，减少Li枝晶与电解液的不可逆反应和“死锂”的产生，提高锂负极的库伦效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高锂负极性能的方法，包括以下步骤：

第一步，清洗集流体

以商用铜箔作为集流体，在室温下将铜箔浸入去离子水、乙醇和丙酮的混合溶液中，超声处理15～30min后，取出在60～80℃干燥1～3h，得到清洗后的铜箔集流体。所述的混合溶液中去离子水、乙醇和丙酮的体积比为1:1:1。

第二步，在铜箔集流体单面镀金Au

将清洗过的铜箔集流体放入离子溅射/蒸镀一体化镀膜仪中，溅射蒸镀30～90s，得到单面镀金的Au@Cu电极。

第三步，组装电池

将制备得到的单面镀金的Au@Cu电极作为工作电极，锂片作为对电极，组成电池，隔膜选用聚丙烯膜，其中，工作电极中镀金的一面放置在隔膜的反向。纽扣电池的电解质选用含有1M六氟磷酸锂(LiPF₆)的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂，其中，碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的体积比为1:1。采用该方法组装的电池能够显著提高锂负极性能。

本发明的有益效果为：(1)由于锂的沉积特性，锂会选择性沉积于Au上；而又由于沉积Au的一面反向与隔膜，Cu箔贴近隔膜的一面不会有锂沉积，这样，锂将会反向与隔膜生长，有效防止枝晶刺破隔膜，提高锂负极的安全性能；(2)Li枝晶反向生长时，由于阻力的作用，使得锂会沉积的更为均匀，有效的抑制锂枝晶的产生，减少Li枝晶与电解液的不可逆反应和“死锂”的产生，提高锂负极的库伦效率。在实际测试中，Cu电极的电伦效率很快降低，并且在50小时后基本损坏；而单面镀金的Au@Cu电极的库伦效率在首次后保持在97％以上，并可以稳定循环550小时以上。