[发明专利]一种稳定的锂金属负极

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种稳定的锂金属负极，包括负极集流体和负载于所述集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层为锂金属层，所述负极集流体包括集流体本体和原位生长于所述集流体本体上的亲锂纳米阵列，并且所述亲锂纳米阵列的厚度为0.8μm‑20μm。相对于现有技术，本发明通过在集流体本体上设置亲锂纳米片阵列，这不仅有利于离子传输，可实现锂离子的均匀分布，而且可增加与锂金属的亲和性，提供亲锂形核位点，实现锂金属沉积过程中的均匀形核和稳定沉积。该原位生长的阵列结构可保证与铜集流体紧密接触，降低电极的有效电流密度，从而实现锂金属均匀沉积，而且该亲锂集流体可抑制锂枝晶生长。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种稳定的锂金属负极。

背景技术

近年来电动车、移动电子设备和可充电电源的飞速发展，使得开发更高能量密度的电池迫在眉睫。为此人们尝试探索具有高比容量和比能量的电极材料和电池体系，并研究其充放电工作原理。金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，电极电位为-3.045V(相对于标准氢电极)，还原性极强，因此金属锂作为锂电池负极材料一直受到研究者的广泛关注。但至今金属锂一直未能成为商业化二次电池的负极材料。究其缘由，主要因为在充放电过程中锂金属的不断沉积-溶解，容易产生锂枝晶所致。由于锂枝晶继续生长，不但会使固体电解质界面膜遭到破坏，也会使暴露的锂不断与电解质反应，消耗电解质，而且还会刺穿隔膜导致电池内部短路，引发火灾甚至爆炸。加之锂枝晶容易从电极上脱落，从而无法被有效利用，形成“死锂”，导致电池容量损失。

目前锂金属沉积多选用三维导电网络基体，虽然三维导电骨架可减小电极的有效电流密度，使电极表面电场分布均匀，但有些大孔的存在可能会增大电极极化和电阻。而且为提高锂金属的含量，这些三维集流体普遍较厚，降低了电极的体积能量密度。在锂金属或三维基体表面包覆亲锂层可有效降低电极极化和阻抗，但是这种的电极的制备成本太高。

铜集流体是目前最常用的负极集流体，为了更贴近工业化生产，本发明旨在提供一种稳定的锂金属负极，其通过对铜集流体进行修饰，可以增强铜集流体与锂金属的亲和性，从而在保证导电性的同时可抑制锂枝晶的生长，且步骤简单、成本低廉，容易实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种稳定的锂金属负极，其通过对铜集流体进行修饰，可以增强铜集流体与锂金属的亲和性，从而在保证导电性的同时可抑制锂枝晶的生长，且步骤简单、成本低廉，容易实现工业化生产。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稳定的锂金属负极，包括负极集流体和负载于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层为锂金属层，所述负极集流体包括集流体本体和原位生长于所述集流体本体上的亲锂纳米阵列，并且所述亲锂纳米阵列的厚度为0.8μm-20μm。原位生长的亲锂层与铜集流体接触紧密，在提高集流体亲锂性的同时，也保证了集流体的导电性。

作为本发明稳定的锂金属负极的一种改进，所述集流体本体为铜箔。

作为本发明稳定的锂金属负极的一种改进，所述亲锂纳米阵列为氧化铜、硫化铜、二氧化锡、硫化锌和氧化锌中的至少一种。

作为本发明稳定的锂金属负极的一种改进，所述亲锂纳米阵列为纳米片阵列或纳米线阵列，并且相邻的纳米片或者相邻的纳米线之间的间距为100nm-1μm。在此片间距或线间距范围内时，亲锂纳米阵列与锂金属反应及锂金属沉积过程中，体积膨胀不会破坏纳米片或纳米线阵列结构，表面较少出现花状形貌，有利于锂金属的均匀形核与沉积。若片间距或线间距小于该范围，体积膨胀可导致纳米片或纳米线阵列破坏；若片间距或线间距大于该范围，则不能有效的实现锂金属均匀形核，易产生枝晶。

作为本发明稳定的锂金属负极的一种改进，所述负极的制备方法包括如下步骤：