[实用新型]一种多孔集流体

说明书

本实用新型提供了一种多孔集流体。所述多孔集流体遍布通孔，所述通孔的孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层。本实用新型提供了一种多孔集流体结构，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。

技术领域

本实用新型属于固态电池的技术领域，涉及一种多孔集流体。

背景技术

随着便携设备、电动汽车等蓬勃发展，人们对高能量密度储能器件需求日益增加，传统锂离子电池渐渐不能满足未来储能密度的需要。金属二次电池是一类直接使用锂、钠、镁等金属负极的二次电池，因其高能量密度而得到广泛关注。以金属锂二次电池为例，它直接以锂为负极，与传统锂离子电池以石墨等嵌锂离子材料作为负极不同。由于金属负极有极高的比容量(锂3860mA h g-1)，金属二次电池具有极高的能量密度，远高于传统锂离子电池，有望作为下一代储能器件而用于便携设备、电动汽车等领域。

金属负极目前仍存在诸多问题，一个突出的问题是金属离子在沉积的过程中容易形成枝晶。以锂二次电池为例，在制作锂二次电池负极时，通常将锂压制在集流体(主要是铜箔或铜网)上或直接使用金属锂箔等负极(实质上是将锂本身同时作为集流体)。在这种平整集流体表面沉积时，由于尖端沉积效应，后续沉积的锂会沿着先沉积的锂生长，进而形成锂枝晶。枝晶的生长会导致电池内部短路，带来安全隐患。锂枝晶的形成还会造成锂浪费，因而降低电池的寿命。因此，应用金属二次电池必须克服枝晶问题。

CN103343253A公开了一种制备纳米多孔铜的方法，涉及有纳米级孔隙的金属的制造，步骤是：依据目标合金Cu原子百分比为50.00％-Zr原子百分比为42.50％～50.00％(-Al)原子百分比为余量中各元素原子百分数at.％计算所需原料的质量，称取铜片、锆粒和铝块，混合得到母合金原料，然后将该母合金原料置于真空电弧炉中熔炼，制得Cu-Zr(-Al)合金铸锭，然后采用熔炼-甩带设备制备Cu-Zr(-Al)非晶合金条带，再一步去合金化制得纳米多孔金属铜条带，将其清洁后保存在真空度为1×10^-1MPa的真空室内，以避免其被氧化，备用，克服了现有技术制备工艺复杂，成本高，不利于产业化规模生产的缺点。但是这种方法不仅步骤复杂、条件苛刻、浪费资源、所得多孔铜纯度不高，而且所得的纳米孔并不适用于负载金属负极。

CN107293754A公开了一种锂金属电池用负极多孔铜集流体的制备方法，至少包括如下步骤：第一步，用溶剂清洗Cu-X合金片的表面，以除去Cu-X合金片表面的杂质；第二步，配制酸溶液；第三步，在电化学工作站上，使用三电极体系，用铂或镍作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Cu-X合金片作为工作电极，用第二步得到的酸溶液作为电解液，采用线性扫描循环伏安法从0-1V至不同截止电压，扫描不同圈数，得到多孔铜集流体。该文献中存在一些问题，如：锂金属不能完全进入到集流体的孔隙中，孔隙利用率较低；由于Cu的亲锂性差，导致孔隙内的锂金属和铜之间容易产生接触不良，局部电流过大，会在电流过大位置优先生成锂枝晶，垂直生长的锂枝晶有可能刺穿隔膜，导致电池短路；锂枝晶生长产生的局部内应力破坏集流体，导致电池性能的衰减或安全性问题；上述文献锂金属电极在充放电过程中的体积膨胀难以被抑制，可能导致负极材料粉化从集流体脱落，导致一系列诸如使用寿命或安全性相关问题。

因此，如何得到一种可以有效避免锂金属负极中的锂枝晶问题的集流体，是亟待解决的技术问题。

实用新型内容