[发明专利]一种三维亲锂性金属泡沫骨架的银包覆方法及其在锂金属负极中的应用的制备方法

说明书

本发明涉及锂金属电池电极材料技术领域，具体涉及一种三维亲锂性金属泡沫骨架的银包覆方法及其在锂金属负极中的应用的制备方法。将商用的金属泡沫经超声脱脂洗涤后，浸入到一定溶度的硝酸银溶液中置换反应，经洗涤干燥后得到银包覆的金属泡沫骨架(Ag@M foam),然后，将熔融的液态锂金属灌注到金属泡沫骨架中，得到新型的银包覆金属泡沫/锂金属复合材料(Ag@M foam/Li)。制备得到的银包覆三维亲锂性金属泡沫骨架及其锂金属复合材料用于锂金属二次电池中，可有效提升锂金属电池的库伦效率和循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及锂金属电池电极材料技术领域，具体涉及一种三维亲锂性金属泡沫骨架的银包覆方法及其在锂金属负极中的应用的制备方法。

背景技术

近年来，各种便携式电子产品、可穿戴设备和电动汽车等的发展，加速了人们对高能量密度电池材料和器件的研发。锂金属负极，因其极高的理论比容量(3860mAh g^-1)和最低的工作电势(-3.04V vs H⁺/H₂)，被称为锂二次电池的“圣杯”负极。然而，目前锂金属负极的应用存在几个明显的缺陷问题：(1)负极锂金属的电沉积过程在热力学上倾向生成枝晶状锂，同时其表面电场的不均分布，加剧了锂离子的非均匀沉积和锂枝晶的无序生长；(2)大量锂枝晶的生长，容易刺穿隔膜，造成电池内部短路和安全问题；(3)锂枝晶的不均匀溶解，产生大量脱离负极的“死锂”，使金属锂负极粉化；(4)锂负极的以上巨大体积变化，使得SEI膜无法稳定覆盖其表面，导致SEI膜持续形成、电解液被不断消耗殆尽，电池库伦效率和循环寿命降低。

为了进一步解决当前锂金属负极存在的一系列问题，众多的研究不断致力于电解液修饰、构造人工SEI膜和金属锂的表面改性等策略，但这些方法受制于原理不明、操作繁琐和策略单一等问题而难以有效利用。在当前研究领域，构建三维多孔集流体结构(铜泡沫、镍泡沫、铁泡沫、碳纳米管、碳布和石墨烯等)被认为是抑制锂枝晶最有效的方法之一，由于众多三维结构材料界面表层的疏锂性，因此在三维多孔集流体上负载亲锂材料近年来被广泛用于锂金属负极。三维金属泡沫因其低成本、高比表面积和界面易修饰等优点被视为最好的改性集流体；另外，纳米银也因其高亲锂性和导电性，能够诱导锂离子的均匀沉积，从而有效抑制锂枝晶的优势被常用于亲锂性的改性材料。

因此运用简单且易规模化的方法，制备具有低成本高比表面和亲锂性的Ag@Mfoam，用作高效稳定的锂金属负极载体是面向商业化锂金属负极最潜在的可能。

发明内容

本发明的目的在于本发明拟要解决的技术问题是，提供一种工艺简单、成本低廉、易工业化生产的技术手段，在疏锂性的商用金属泡沫表面包覆一层亲锂性良好的银纳米层，制备得到一种诱导锂金属均匀沉积的锂负极复合材料用于锂金属电池，可有效提升锂金属电池的库伦效率、循环稳定性等性能。

为实现上述目的，本发明提供一种三维亲锂性金属泡沫骨架的银包覆铜泡沫/锂金属复合负极的制备，所述金属复合负极的制备包括以下步骤：

(1)将商用的三维金属泡沫按电极片尺寸裁剪，放入20-50mL的丙酮或稀硫酸溶液中，超声脱脂10～20min，再用去离子水和无水乙醇清洗并干燥处理；

(2)将步骤(1)干燥后得到的金属泡沫电极片浸入到AgNO₃溶液中，通过置换反应5～30min后取出，用去离子水和无水乙醇清洗；

(3)将步骤(2)改性清洗后的电极片先放置在鼓风干燥箱内干燥，再转移到真空干燥箱内干燥，得到银包覆的金属泡沫电极；

(4)将步骤(3)得到的银包覆的金属泡沫电极片压缩至100μm～500μm，然后放入水氧值都小于0.5ppm的手套箱内，将金属锂片加热到300℃～350℃至熔融状态，再将银包覆的金属泡沫电极片浸入液态锂金属中灌注，经冷却后制备得到银包覆的金属泡沫/锂金属复合负极；