[发明专利]一种锂金属负极集流体及其制备方法、复合负极和锂金属二次电池

说明书

本发明提供了一种锂金属负极集流体及其制备方法、复合负极和锂金属二次电池，属于锂金属电池技术领域。本发明提供的锂金属负极集流体，包括铜箔和粘附在所述铜箔单面的功能层，所述功能层由包括单层Ti₃C₂O₂纳米片材料的原料形成。本发明以单层Ti₃C₂O₂纳米片材料作为功能材料与铜箔复合，所得材料作为锂金属负极集流体，能够引导锂离子水平沉积，抑制锂枝晶生长，从而改善锂金属二次电池循环寿命短、库伦效率低、安全性能差的缺点。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极集流体及其制备方法、复合负极和锂金属二次电池。

背景技术

拥有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池促进了智能手机、笔记本电脑和电动汽车等高科技设备的广泛应用和发展。然而，目前使用传统石墨作为负极材料的商用锂离子电池能量密度(372mA·h·g^-1)已经无法满足科技发展的需求。因此，锂硫电池、锂空气电池等能量密度极高的锂金属电池将在下一代电池体系中发挥重要作用。作为这些电池的组成部分，锂金属负极由于其极高的理论比容量(3860mA·h·g^-1)、超低的电极电势(相对于标准氢电极为-3.04V)和较小的密度(0.53g·cm^-3)被誉为锂离子电池的最终负极。因此锂金属负极是实现电池高能量密度的关键因素。利用金属锂作为负极的锂硫电池和锂空气电池，能量密度可以达到约650Wh/kg和950Wh/kg，远远高于目前的锂离子电池。

目前，锂金属电池并未能实现商业化，原因主要有以下几点：1、在锂离子沉积的过程当中，不可避免的会有锂枝晶生成，这种锂枝晶会不断生长甚至可能会刺穿电池隔膜从而引发热失控等安全隐患。2、金属锂拥有超低电势和高反应性，这导致锂在可充电电池中遇到电解质时会发生反应生成固态电解质界面膜(SEI膜)，天然形成的SEI膜脆弱易碎，会被锂枝晶刺破甚至形成“死锂”，从而导致充放电过程中较低的库伦效率。因此，为了提高锂金属二次电池的性能，锂金属负极的电化学性能亟待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂金属负极集流体及其制备方法、复合负极和锂金属二次电池，本发明提供的锂金属负极集流体能够引导锂离子水平沉积，抑制锂枝晶生长，从而改善锂金属二次电池循环寿命短、库伦效率低、安全性能差的缺点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锂金属负极集流体，包括铜箔和粘附在所述铜箔单面的功能层，所述功能层由包括单层Ti₃C₂O₂纳米片材料的原料形成。

优选地，所述锂金属负极集流体中功能层的厚度为20～30μm。

优选地，所述单层Ti₃C₂O₂纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

将钛粉、铝粉和石墨混合，将所得混合物在保护气氛中进行烧结，得到Ti₃AlC₂材料；

将氟化锂溶于盐酸中，得到刻蚀剂溶液；

将所述Ti₃AlC₂材料与刻蚀剂溶液混合后依次进行铝刻蚀和单层剥离，得到单层Ti₃C₂O₂纳米片材料。

优选地，所述钛粉、铝粉和石墨的质量比为7.368:1.523:1.109；所述烧结的温度为1650℃，时间为2h。