[发明专利]一种用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体制备方法，包括如下步骤：步骤一将黄铜网裁成极片，清洗烘干，利用化学去合金法将Zn从黄铜网极片中去除，形成具有三维多孔形状的铜框架；步骤二：将步骤一所得三维多孔形状的铜框架放置在硝酸银水溶液中，反应一定时间后取出，用去离子水冲洗干净，烘干得到梯度亲锂的三维铜集流体。将采用本发明方法制备的三维多孔铜集流体制备成锂负极片，该锂负极片解决了锂金属负极在电池循环过程中锂枝晶的产生及生长的问题，具有优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其涉及一种用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体的制备方法。

背景技术

金属锂由于其高电负性（-3.04 V vs. 标准氢电极）和极高的理论比容量（3861mAh g-1，是碳质负极的十倍），被认为是最佳的可再充电池负极材料。近年来，由于锂硫电池和锂空电池的高能量密度，锂金属负极一直受到研究人员的广泛关注，已经成为研究热点和趋势。

但是，锂金属面临严重的枝晶生长和体积膨胀等问题。随着锂枝晶的生长，电解液分解及锂金属损耗逐渐加重，电池循环效率严重下降；更甚者，严重生长的锂枝晶和体积膨胀会破坏隔膜，损坏电池结构，致使电池短路，甚至引发爆炸等安全问题。为了解决上述锂枝晶生长和体积膨胀等问题，大量科研工作者致力于金属锂负极保护的相关工作。

到目前为止，抑制锂枝晶生长，稳定金属锂的有效方法之一，就是构建梯度诱导锂沉积的三维多孔铜集流体取代传统的平面铜集流体，这一策略可以从根本上诱导锂的形核生长，避免锂枝晶的生成，为锂金属负极的商业化利用带来极大的希望。

发明内容

为了更好地满足社会发展对于稳定安全的二次可充放锂电池的需求，本发明提供了一种用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体及其制备方法，从而解决了锂金属面临严重的枝晶生长和体积膨胀等问题，从而实现锂金属电池更高的库伦效率和更长的循环寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将黄铜网裁成极片，清洗烘干，利用化学去合金法将Zn从黄铜网极片中去除，形成具有三维多孔形状的铜框架；

步骤二：将步骤一所得三维多孔形状的铜框架放置在硝酸银水溶液中，反应一定时间后取出，用去离子水冲洗干净，烘干得到梯度亲锂的用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体。

进一步，步骤一所述黄铜网目数为100-200目，直径为55-60μm；所述裁成极片的直径Ф = 12 mm；所述的清洗烘干是用去离子水和酒精超声清洗2-5次并烘干。

进一步，步骤一所述的化学去合金法是将黄铜网极片置于浓盐酸溶液中反应去除Zn，形成具有三维多孔形状的铜框架；所述浓盐酸质量浓度为20%，所述黄铜网极片与质量分数为20%的浓盐酸的质量比为1:10；所述的化学去合金法温度为75-90℃，反应时间为4-6h。

进一步，所述步骤二中配置的硝酸银水溶液浓度为5 mM，置换反应时间为1-3min。

进一步，步骤二所述的烘干是将反应后的三维多孔形状的铜框架用去离子水清洗干净后置于55-65 ℃烘箱中烘干12小时以上。

进一步，所述步骤二中三维多孔形状的铜框架在硝酸银水溶液中的反应方式为半反应式，即三维多孔形状的铜框架借助表面张力，使得三维多孔形状的铜框架在置换反应过程中可以漂浮于液面之上，进而三维多孔形状的铜框架只有一面会反应附着上Ag。

一种锂负极片，其特征在于：采用权利要求1-6所述的方法制备得到的用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体制备而成，其具体方法包括如下步骤：

①将按上述方法制备的用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体与金属锂片组装成纽扣电池，静置一段时间后，利用电化学沉积方法使得金属锂沉积在用于锂金属负极保护的三维多孔铜集流体上；