[发明专利]一种多孔集流体及其制备方法、锂负极、锂离子电池

说明书

为克服现有多孔骨架存在锂亲和性低的问题，本发明提供了一种多孔集流体，包括导电多孔骨架，所述导电多孔骨架内部形成有多个微孔，所述导电多孔骨架的表面和微孔的内壁形成有氧化铜层。同时，本发明还公开了上述多孔集流体的制备方法、锂负极和锂离子电池。本发明提供的多孔集流体提高了导电多孔骨架的比表面积，同时有效降低了锂沉积的形核过电势，使锂在嵌入的过程中均匀地沉积在导电多孔骨架的微孔表面，从而减少锂枝晶的产生概率。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种多孔集流体及其制备方法、锂负极、锂离子电池。

背景技术

随着储能基站、电动汽车和便携式电子产品在日常生活中的普及，人们对高安全性、高能量密度和长寿命的储能器件的需求日益增加，这很大程度上依赖锂离子电池中正负极材料的进一步发展。在众多锂离子电池的负极材料中，锂金属由于其超高的质量比能量(3860mAh g^-1)和最低的电压平台(-3.04V vs SHE)，成为最有潜力替代传统碳材料的下一代锂离子电池负极材料。但锂金属负极要走向实际应用还存在着巨大的阻碍，一方面，锂金属负极容易在充放电过程中产生锂枝晶，刺穿隔膜造成短路，引发重大安全隐范；另一方面，锂金属在沉积溶解的过程中，伴随巨大的体积变化，产生的形变应力会使电极表面的SEI膜不断破碎，暴露出的金属锂与电解液接触又会形成新的SEI膜，造成锂的不可逆消耗，电池库伦效率衰减严重。因此，如何抑制充放电过程中锂枝晶的产生，减少锂金属电极的体积变化，提高其库伦效率，是锂金属负极走向应用的关键。

近些年来，具有高导电性和高韧性的三维多孔集流体被认为是较理想的锂金属载体，其较高的比表面积能够有效降低电极表面的电流密度，从而抑制锂枝晶的产生；同时内部的空隙有助于抵消锂金属的体积变化。常采用电沉积的方式将金属锂沉积到三维多孔集流体上，但常用的三维多孔集流体，如泡沫铜、泡沫镍和石墨烯泡沫等，与锂的亲和性较弱，锂金属不能均匀的沉积在集流体的表面，导致较低的库伦效率和较高的极化电压。此外，利用熔融法将金属锂灌注到三维多孔集流体中是一种十分具有应用前景的锂金属负极的制备方法，而三维多孔集流体对锂金属的亲和性也限制了金属锂和三维多孔集流体之间的结合。

现有公开的技术中，如专利CN 109244374 A所记载的，通过对不锈钢网的表面进行掺氮处理以提高不锈钢网的锂亲和性。或是如专利CN109546153A所记载的，对多孔铜集流体的表面进行硫化反应和氧化热处理，以抑制负极枝晶的形成和生长。或是如专利CN109755476A所记载的，通过水浴法在导电金属骨架上均匀包裹一层氧化锡，以提高与金属锂的亲和性。

上述提及对多孔金属骨架进行表面处理的方案对多孔金属骨架的本身材料要求较高，难以适应其他金属或其他非金属导电材料的处理；而通过水浴法生成的表面氧化锡对锂的亲和性有限，同时该氧化锡层与多孔金属骨架之间的结合强度低，易脱落。

发明内容

针对现有多孔骨架存在锂亲和性低的问题，本发明提供了一种多孔集流体及其制备方法、锂负极、锂离子电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种多孔集流体，包括导电多孔骨架，所述导电多孔骨架内部形成有多个微孔，所述导电多孔骨架的表面和微孔的内壁形成有氧化铜层。

可选的，所述导电多孔骨架包括泡沫镍、泡沫铝和碳纤维布的一种或多种。

可选的，所述导电多孔骨架为片状结构，所述导电多孔骨架的厚度为0.05～0.8mm。

可选的，所述氧化铜层的厚度在10～1000nm之间。

可选的，所述导电多孔骨架中的孔体积为50％～90％。

可选的，所述微孔的孔径在10～700μm之间。

另一方面，本发明提供了如上所述的一种多孔集流体的制备方法，包括以下操作步骤：