[发明专利]一种复合锂金属负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合锂金属负极及其制备方法，所述方法包括：对三维骨架材料进行表面改性，获得具有亲锂表面的骨架材料；在惰性氛围下，将固态锂与所述具有亲锂表面的骨架材料依次堆叠，获得复合材料；将所述复合材料预热到40℃～170℃，后进行压制，获得复合锂金属负极。本发明实施例的制备方法打破现有技术的常规思路，利用低温预热、加压的方式将具有一定堆叠方式的锂金属注入三维骨架中，完成复合锂金属的热压制备，温度较低，能耗低，安全性高。

技术领域

本发明涉及电化学储能材料技术领域，特别涉及一种复合锂金属负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已经成为当今重要的电化学储能体系，在电子产品、电动工具、新能源汽车及储能电站领域得到广泛应用。现有的制备技术已经将商品电池的能量密度基本做到极限，进一步提高能量密度存在巨大挑战。锂金属具有最低的电位(-3.04V)及极高的理论比容量(3860mAh/g)，是理想的负极材料。用锂金属替代传统锂离子电池的石墨负极，可以显著、迅速提升电池能量密度；同时还可以开发下一代“无锂”正极的新型电化学储能体系。锂金属虽然具备诸多优势，但在实际使用中存在锂枝晶生长、与电解质迅速反应、体积变化巨大的特点，导致电池的库伦效率低、界面阻抗大、循环寿命短，甚至存在因枝晶造成短路而引发的安全事故。

目前，研究人员采用电解液优化、引入人工保护界面和三维骨架等方法，显著提升了锂金属负极的循环性能；对比文件1：公开号为“CN 108365200A”，名称为“一种复合锂金属负极的制备方法”公开了一种复合锂金属负极的制备方法，其主要特征是将固态锂金属在190℃以上高温熔化后灌注入三维骨架。这种技术存在以下问题：首先是能耗问题，高温加热后复合锂金属冷却产生大量不可逆热量损耗；其次是安全问题，190℃以上高温本身就存在一定的安全隐患，且锂金属本身高活性，高温条件下进一步提高活性，容易发生起火；最后是生产效率问题，高温必定降低生产速率。

因此，如何开发一种复合锂金属负极及其制备方法，解决现有技术中存在的高温问题，以减小能耗，提高制备过程的安全性，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种复合锂金属负极及其制备方法，温度较低，能耗低，安全性高。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种复合锂金属负极的制备方法，所述方法包括：

对三维骨架材料进行表面改性，获得具有亲锂表面的骨架材料；

在惰性氛围下，将固态锂与所述具有亲锂表面的骨架材料依次堆叠，获得复合材料；

将所述复合材料预热到40℃～170℃，后进行压制，获得复合锂金属负极。

进一步地，所述表面改性包括化学改性和涂镀改性中的至少一种；

所述化学改性包括氧化、氮化、氟化、磷化和硫化中的至少一种；

所述涂镀改性包括包覆金属层和改性金属层中的至少一种，所述金属层包括锌、镁、银、金、硅、镍、镓、锡、铟、锗、铝、钛和钼中的至少一种，所述改性金属层包括所述金属层所包含的金属原子的氧化物、硫化物、氟化物、氮化物和氯化物中的至少一种。

进一步地，所述三维骨架材料为金属材料、不锈钢和碳材料中的至少一种，所述金属材料为铜、锌、钼、镍和铝中的至少一种，所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、碳纤维、碳布和碳纸中的至少一种。

进一步地，所述三维骨架材料的形状为层状、网状和泡沫状中的一种。

进一步地，所述预热的温度为80～150℃。

进一步地，所述固态锂包括锂箔、锂带和锂粉中的至少一种。

进一步地，所述将固态锂与所述具有亲锂表面的骨架材料依次堆叠，具体包括：