[发明专利]一种氮化镍-泡沫镍复合锂金属负极集流体的制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化镍‑泡沫镍复合锂金属负极集流体的制备方法，包括以下步骤：1)制取需要规格的泡沫镍材料，清洗并干燥后待用；2)将步骤1)清洗并干燥后的泡沫镍置于放电等离子体反应炉中，之后对反应炉抽真空并持续通入反应气体；3)放电产生等离子体轰击泡沫镍，控制反应温度和反应时间，在泡沫镍表面反应生成氮化镍层，得到所述的氮化镍‑泡沫镍复合锂金属负极集流体。本发明利用等离子体的刻蚀效应以及含氮粒子的高化学活性，在泡沫镍表面生成一层具有亲锂性氮化镍，在电池充放电过程中，氮化镍与锂发生反应，促进锂金属的均匀沉积，且制备过程易控制，得到的负极集流体为三维结构，电化学性能显著提高。

技术领域

本发明涉及一种氮化镍-泡沫镍复合锂金属负极集流体的制备方法，属于能源技术领域。

背景技术

人类文明的进步发展与能源技术息息相关，以煤、石油、天然气为代表的化石能源是社会发展的重要基石，推动了人类社会的发展。但近年来，随着化石能源的过度开发和全球气候变暖等气候问题不断严重，能源和环境面临着前所未有的挑战。

锂离子电池是最具研究前景的二次电池，本身具有诸多的优势，包括：能量密度大、安全性能好、充放电循环寿命长、自放电低等优异的特点，已经成为了动力电池领域的重要研究方向。

但是石墨负极因为其理论容量低(只有372mAh/g)，已逐渐无法满足高速发展的电子器件的需求，而金属锂负极具有理论比容量高(3860mAh/g)、低的密度(0.534g/cm³)和低的电压窗口(-3.04V vs.标准氢电极)等优点，而广泛受到研究人员的关注，尤其是作为二次电池的负极材料时，可以极大地提高电池的能量密度，被认为是下一代二次电池的理想负极材料。

尽管有以上诸多优点，锂金属作为电池的负极材料的时候，仍然有许多的问题和不足之处，主要有：锂金属的电位为-3.04V(和标准氢电极相比)，性质十分活泼，这表明锂金属会和大部分电解液反应，形成一层固体电解质薄膜(SEI膜)，而在充放电过程中，SEI膜十分容易破裂，导致电解液的不断消耗，导致电池的库伦效率的降低；在充放电的过程中，伴随着锂的沉积和脱出，会导致不均匀的锂生长，最终导致锂枝晶的形成，枝晶不断生长最终刺破隔膜，导致电池短路，引发安全事故。在循环的过程中，由于枝晶的断裂，容易造成“死锂”，进一步降低电池的循环寿命。

因此，如何解决上述问题，进而抑制枝晶的生长，提高锂金属负极的循环稳定性，让其能应用于二次电池中，是当今社会的一个重大需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供了一种氮化镍-泡沫镍复合锂金属负极集流体的制备方法，该制备方法通过放电等离子体放电，将工作气体中的氮气和氢气电离，产生高能粒子轰击泡沫镍表面，对泡沫镍进行刻蚀和氮化，过程易控制，得到的负极集流体相比于传统锂金属块体负极，具有更大的比表面积，降低了电流密度显著提高锂负极的电化学性能。

技术方案：本发明提供了一种氮化镍-泡沫镍复合锂金属负极集流体的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)制取需要规格的泡沫镍材料，清洗并干燥后待用；

2)将步骤1)清洗并干燥后的泡沫镍置于放电等离子体反应炉中，之后对反应炉抽真空并持续通入反应气体；

3)放电产生等离子体轰击泡沫镍，控制反应温度和反应时间，在泡沫镍表面反应生成氮化镍层，得到所述的氮化镍-泡沫镍复合锂金属负极集流体。

其中：

步骤1)所述的清洗并干燥后待用中，清洗是指依次用丙酮、盐酸和酒精或去离子水超声清洗，烘干是指50～150℃条件下烘干60～300min。

所述的盐酸的浓度为1～5mol/L，优选为2mol/L；超声清洗的时间为1～30min，优选为5min。

步骤2)所述的对反应炉抽真空中，反应炉的真空度为1～500Pa，优选为150Pa。