[发明专利]硒化铜原位包覆泡沫铜作为锂金属载体的锂金属基电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硒化铜原位包覆泡沫铜作为锂金属载体的锂金属基电池及其制备方法，具体步骤包括：(1)将二氧化硒在水溶液中溶解；(2)纯化后的泡沫铜浸入溶液中；(3)将浸泡后的改性泡沫铜放入真空干燥箱中干燥；(4)对改性后得到的硒化铜原位包覆的泡沫铜集流体进行锂金属负载以及电化学性能表征。本发明采用液相硒化对价格低廉的泡沫铜进行表面亲锂改性，并与锂金属进行复合，利用泡沫铜自身的化学组成、多维穿插结构和良好的电导率及表面层的亲锂性，来达到容纳并均匀锂形核，抑制锂枝晶生长，最终提高锂金属负极的库伦效率和循环性能的目的。该方法具有生产周期短，工艺简单，生产成本低，循环稳定性高的优点。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种硒化铜原位包覆泡沫铜作为锂金属载体的锂金属基电池的制备方法。

背景技术

锂离子电池在智能便携式电子产品和电动汽车上应用广泛目前石墨类材料是主流的商业化锂电池负极材料，但其理论容量较低，无法满足人们对高能量密度，高功率密度充电电池的需求。金属锂(Li)负极具有超高的理论比容量(3860mA h g^-1)、极低的氧化还原电势(-3.04V vs.SHE)和低密度(0.53g cm^-3)等特点，被认为最有可能取代石墨的负极材料。然而，锂金属在作为可充电阳极的实际应用中还面临着严峻挑战。首先是电池在反复充/放电过程中，形成的Li枝晶将导致低库仑效率和内部短路，从而产生安全隐患甚至电池爆炸。此外，金属锂阳极在循环过程中会产生较大体积膨胀问题，从而使固体电解质界面(SEI)膜发生破裂，裸露在外的金属锂又与电解液发生反应并反复形成SEI膜，最终导致电池循环寿命变短。因安全隐患和短循环寿命原因使得金属锂电池(LMBs)的商业应用受到了阻碍。

近年来，针对Li枝晶造成的阴阳极短路和电池寿命问题，研究者对其进行了广泛研究，以提升LMBs的安全性和电化学性能。如采用固态电解质和电解质添加剂等手段，来获得高弹性高稳定性的SEI膜。尽管如此，Li枝晶仍会在SEI膜底部继续生长，造成电池系统循环性能差、库伦效率低、安全隐患等问题。因此，在Li电镀/剥离过程(即充电/放电过程)中抑制金属Li枝晶的生长是十分关键的，这成为亟待了解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种硒化铜原位包覆泡沫铜作为锂金属载体的锂金属基电池及其制备方法，将泡沫铜被硒化铜均匀包裹，由泡沫铜为Li提供充足的容纳空间，同时具有硒化铜“亲锂”物质的这种多孔材料诱导金属Li的分布，从而制备的锂金属电池能有效抑制Li枝晶生长并获得优秀的电化学性能。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

本发明使用具有多孔导电结构和“亲锂”元素来抑制Li枝晶生长。多孔结构的宿主材料能提供大的比表面积可降低局部电流密度，材料的孔隙能提供充足的Li容纳空间。此外，具有“亲锂”物质的多孔材料能诱导金属Li的均匀沉积形核，降低金属Li沉积的过电位，从而有效抑制金属Li枝晶生长和无限体积膨胀，进一步提高金属Li电池的安全性和电化学性能。本发明在硒化铜原位包覆泡沫铜中，泡沫铜被硒化铜均匀包裹，没有出现裸Cu表面。本发明采用液相硒化对价格低廉的泡沫铜进行表面亲锂改性，并与锂金属进行复合，利用泡沫铜自身的化学组成、多维穿插结构和良好的电导率及表面层的亲锂性，来达到容纳并均匀锂形核，抑制锂枝晶生长，最终提高锂金属负极的库伦效率和循环性能的目的。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种硒化铜原位包覆泡沫铜作为锂金属载体的锂金属基电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成硒酸混合溶液：

将2～5质量份的氯铂酸，80～100质量份的蒸馏水加入到烧杯中，搅拌均匀，将二氧化硒在水溶液中溶解，得到硒酸混合溶液，备用；

(2)制备硒化铜原位包覆泡沫铜集流体：