[发明专利]一种锂金属电池集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锂金属电池集流体及其制备方法和应用。所述方法为：1)将青铜网浸入到氨水溶液中进行处理，所述青铜网为二维的网孔结构；2)将浸泡后的青铜网进行干燥处理；3)干燥后的青铜网放入管式炉中在氩气和氢气的气氛下进行热处理，得到铜锡三维集流体。三维结构能够容纳多余的锂，减缓材料的体积膨胀，有效延长材料的使用寿命。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种锂金属电池集流体及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂电池，相比于铅酸电池和镍镉电池等，具有较低的维护要求以及较高的能量密度，是目前应用最广的二次电池，在如今的生活中更是具有举足轻重的作用。但是如今商业化的锂负极容量较低(372mAh g^-1)，面对日益增长的能源需求，开发具有更高能量密度的新一代负极势在必行。

锂金属具有超高的理论比容量(3860mAh g^-1)，极低的工作电位(与标准氢电极相比为-3.04V)和极小的密度(0.53gcm^-1)，能够提供非常高的能量密度和更宽的电池工作电压，是最有望进一步提高电池能量密度的新一代负极材料。但目前锂金属负极的实际应用仍然受到一些关键性技术问题的制约，主要包括不可控的锂枝晶增长、高反应活性以及巨大的体积变化等

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种锂金属电池集流体及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种锂金属电池集流体的制备方法，所述方法为：

1)将青铜网浸入到氨水溶液中进行处理，所述青铜网为二维的200目网孔结构；

2)将浸泡后的青铜网进行干燥处理；

3)干燥后的青铜网放入管式炉中在氩气和氢气的气氛下进行热处理，得到铜锡三维集流体。

本发明的三维集流体的制备方法，以青铜网的材质和结构为基础，构筑三维结构，通过氨水处理，在青铜网上形成前驱体，然后前驱体通过在管式炉中在氩气和氢气的气氛下进行热处理，得到铜锡三维集流体。所得到的三维集流体具有三维多孔网状结构。

目前商业化的石墨负极容量仅有372mAh g^-1，而锂金属负极具有极高的理论比容量(3860mAh g^-1)，是最有希望的下一代负极材料。对于锂金属负极，在充放电过程中会产生大量的不可控锂枝晶，当枝晶刺穿隔膜就会引起短路失火甚至爆炸；其次，循环过程中也会产生巨大的体积膨胀，严重影响电池的使用寿命。

本发明提出了一种铜锡三维集流体(3D Cu@CuOSnO₂)，在低成本的铜网上构筑三维结构，并在表面修饰了能够引导锂均匀沉积的亲锂层。在循环过程中，三维结构能够容纳多余的锂，减缓材料的体积膨胀，有效延长材料的使用寿命。同时，三维结构表面的亲锂层改善了铜基体的疏锂性，能够引导锂的均匀沉积，减少不可控的锂枝晶增长。有效提升了电池的使用寿命和安全性。

在本发明的一些实施方式中，氨水溶液的浓度为0.2-0.3mol/L；进一步为0.2mol/L。氨水溶液的浓度对青铜网的处理，影响最后得到的是三维的集流体还是二维的铜锡集流体。氨水溶液高于上述数值，使最后的集流体成为二维的结构。

在本发明的一些实施方式中，在氨水溶液中处理的时间为22-25h；进一步为23-24h。在氨水溶液中的处理时间影响三维集流体的成型，超过上述时间，使最后的集流体成为二维的结构。