[发明专利]一种LM/Li复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种LM/Li复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。该方法包括以下步骤：将Ga液态金属或含Ga的液态合金加热到30‑60℃，搅拌均匀得液态金属；将金属锂片浸泡在质量分数为0.1‑0.2wt％的十八烷基膦酸的四氢呋喃溶液中，浸泡过后用四氢呋喃冲洗锂片，然后真空干燥；在露点为‑40℃的干燥空气中，将液态金属均匀涂覆在金属锂片上，得到表面包覆液态柔性金属涂层的金属锂负极材料。该方法通过对锂片进行预处理，然后再涂覆Ga基金属合金，可以有效抑制锂枝晶的生长，显著提高电容量和循环性能。

【技术领域】

本发明涉及负极复合材料技术领域，具体涉及一种LM/Li复合材料的制备方法。

【背景技术】

1991年在索尼公司的推动下,锂离子电池率先成为商业化的锂二次电池。与传统的二次电池相比,锂离子电池具有更轻的质量及更高的储能密度。这个特点使其在消费者电子市场中逐渐替代镍金属氢电池,并开始在电动工具市场替代镍金属氢及镍铬电池。金属锂由于具有非常高的理论容量(3860mAh/g)、低的密度(0.534g/cm³)和低的电压窗口(-3.04V vs.标准氢电极)而受到广泛关注。

金属锂作为负极材料在循环时会出现很多的问题，即锂金属的沉积过程中易生长形成树枝状或苔藓状的锂枝晶，这会给锂金属电池带来以下问题：(1)大量枝晶的生长会大幅增大金属锂与电解质的界面面积，形成大量表面钝化盐层，给金属锂带来不可逆容量损失；(2)枝晶生长容易刺穿隔膜造成电池内部短路，降低电池安全性；(3)在放电过程枝晶会不均匀溶解，进而形成脱离负极集流体的“死锂”，降低负极的可用容量；(4)大量“死锂”和表面钝化盐层的堆积使金属锂负极粉化，并使整个负极极片体积膨胀，破坏电池循环稳定性，大幅降低电池循环寿命。

公开号为CN106953075A的中国发明专利公开了一种硅-液态金属复合锂电池负极材料，其是将液态金属与硅基材料复合，通过液态金属的高温体积微变化缓冲硅基材料体积形变带来的应力变化，有效地抑制硅基材料的体积膨胀，同时液态金属能有效稳定电极材料与电解液的界面,使SEI膜稳定生长，提高电池的能量密度和对电解液的稳定性。由于液态金属能与锂片合金化，并能沉积在锂片的表面形成钝化层，对锂金属片表面形成良好的修饰包覆，从理论上看，在锂金属片表面涂覆液态金属层能缓解或者改善上述锂枝晶化的问题。但由于锂片的性质较为活泼，反应环境条件需要控制得较为严格，否则界面处发生复杂的反应，造成目前实际实施应用时，通过该方法制备的负极材料在应用在锂电池中时，在小倍率条件下，电池的容量和循环性能能获得较大的提升，在大倍率时，电池的容量和循环性能提高的幅度不够理想，首次充放电比容量也不高。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种LM/Li复合材料的制备方法，该方法通过对锂片进行保护处理后，避免锂片表面发生其他化学反应，并保证负极良好的离子电导率和电子电导率，再涂覆Ga基液态金属合金，可以有效抑制锂枝晶的生长，使得该负极应用在锂电池中时，能显著提高电容量和循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种LM/Li复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Ga液态金属或含Ga的液态合金加热到30-60℃，搅拌均匀得液态金属；

(2)将金属锂片浸泡在质量分数为十八烷基膦酸的四氢呋喃溶液中，浸泡过后用四氢呋喃溶液冲洗锂片，然后真空干燥，得预处理后的金属锂片；

(3)在露点为-35℃～-45℃的干燥空气中，将液态金属均匀涂覆在预处理后的金属锂片上，得到表面包覆液态柔性金属涂层的LM/Li复合负极材料。

本发明中，优选地，所述步骤(1)中，当采用含Ga的液态合金时，搅拌的转速为500-1500rpm，搅拌时间为5-30min。