[发明专利]一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体及其制备方法

说明书

本发明涉及铜集流体技术领域，具体涉及一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体及其制备方法。本发明以平整的铜箔为基底，首先利用原位沉积技术在铜箔基底表面均匀覆盖一层致密的过渡金属层，然后在所述过渡金属层上复合一层单质硫后，在电压活化过程，使过渡金属和硫原位在铜箔上均匀生成过渡金属硫化物，其中发生反应为M+nS＝MS_n，其中，M指代过渡金属元素，如Mn，Mo等，根据不同金属元素性质不同，为形成过渡金属硫化物，n值随其发生变化(1≤n≤8)。在电池的循环测试中，过渡金属硫化物可以作为锂的优先的形核位点，使锂金属分布均匀，减少锂枝晶的产生。

技术领域

本发明涉及铜集流体技术领域，具体涉及一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体及其制备方法。

背景技术

在众多二次电池当中，金属锂(理论比容量3861mAh·g^-1)作为负极有着很广阔的发展前景，有望成为突破目前电池器件瓶颈的下一代负极。然而，直接用锂金属作为负极，存在很严重的枝晶生长现象，这主要是由于以下原因：在锂电池充电过程中，活性锂会在负极金属锂箔表面发生不均匀沉积，多次循环之后就会形成锂枝晶。目前来看，解决枝晶问题常用的方法包括：添加稳定负极-电解液界面的电解液添加剂、替换液体电解质为高强度凝胶/固体电解质、建立高强度锂负极表面保护层等。为了解决这一问题，前人做了很多工作：Eshetu Gebrekidan Gebresilassie等人制备了含有叠氮化锂的固态聚合物电解质，通过前几次充放电反应，可以在负极表面形成致密超薄和高导电性的保护层，有效的抑制了负极锂支晶的生成(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56:1)；Wei Luo等人通过在隔膜上涂覆超薄氮化硼涂层有效抑制了锂支晶的生长过程(Nano Lett.2015,15:6149)；Keyu Xie等人利用包覆石墨烯的泡沫镍替代传统的铜集流体，有效的抑制了锂支晶的生长。然而，以上工作虽然各有亮点，由于价格以及制备方面的问题，距离实际应用还有很长一段距离。

公开号为CN103367756A的发明专利公开了一种MoS₂/多孔铜复合材料，其利用循环伏安法或恒电流法在多孔铜上沉积MoS₂，制得的复合材料具有良好的循环性能。但是多孔铜本身就具备更大的比表面和更强的容纳活性物质的能力，对锂枝晶的抑制具有一定的作用，而且也给MoS₂的沉积提供了条件。但是多孔铜的加工给工业化生产带来一定的限制，氧化还原法生产多孔铜也具有成本高、难批量生产的缺点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体的制备方法，该制备方法在平整的铜箔即可实现，易于工业化生产，制得的过渡金属硫化物修饰的铜集流体有极高的库伦效率，具有良好的应用前景。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体的制备方法，包括如下步骤：

(1)原位沉积：利用原位沉积技术在铜箔上原位沉积过渡金属，于铜箔上形成一层过渡金属层；

(2)原位生成：在所述过渡金属层上复合一层单质硫后，作为工作电极组装电池，利用电压循环活化使过渡金属与单质硫反应形成过渡金属硫化物后，即得到所述的一种过渡金属硫化物修饰的铜集流体。

本发明以平整的铜箔为基底，首先利用原位沉积技术在铜箔基底表面均匀覆盖一层致密的过渡金属层，然后在所述过渡金属层上复合一层单质硫后，在电压活化过程，使过渡金属和硫原位在铜箔上均匀生成过渡金属硫化物，其中发生反应为M+nS＝MS_n，其中，M指代过渡金属元素，如Mn，Mo等，根据不同金属元素性质不同，为形成过渡金属硫化物，n值随其发生变化(1≤n≤8)。在电池的循环测试中，过渡金属硫化物可以作为锂的优先的形核位点，使锂金属分布均匀，减少锂枝晶的产生。