[发明专利]一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法

说明书

本发明属于锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池用负极集流体，包括碳纳米纤维膜、设置于所述碳纳米纤维膜的一个表面的不导电氧化物层和设置于所述碳纳米纤维膜的另一个表面的导电金属层。相对于现有技术，本发明提供的锂金属电池用负极集流体是一种金属/碳/氧化物复合纤维膜，碳纳米纤维膜的一面导电性强于碳材料，另一面不导电。将该复合纤维膜用作集流体承载金属锂，制得金属锂负极。该复合纤维膜可用于锂金属电池容纳锂，防止锂枝晶的产生，表现出较好的电化学性能，包括高效率脱嵌锂，极化小。

技术领域

本发明属于锂金属电池(锂硫电池、锂空气电池等)技术领域，尤其涉及一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对电池的能量密度有了更高的要求，现有的锂离子电池已经无法满足很多新兴技术的发展，如电动车。金属锂作为金属中离子半径最小的元素，将其作为电池负极是现有发现材料中质量比能量最高的材料之一，其也成为了提高电池能量密度的关键，通过将其与硫正极或空气正极匹配能达到一般锂离子电池的两倍以上的比能量，同时也可以大大降低成本。

但是，锂金属作为负极也存在着很大的安全问题，其中最主要的问题是循环过程中的锂的脱出再沉积会引起锂负极一侧较大的体积变化，形成不均匀表面，在沉积时由于尖端效应的影响锂离子会优先在尖端沉积，随着时间的推进长成一定的长度，最终会引起隔膜被刺破而引起电池短路，严重的还将引发安全事故。因此如何解决锂金属负极的安全问题是提高电池能量密度，发展下一代高能量密度电池体系的关键问题。

有鉴于此，本发明旨在提供一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法，该集流体具有三维网络结构，可以减少单位面积上的电流，从而促使锂金属均匀沉积，进而解决锂枝晶的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法，该集流体具有三维网络结构，可以减少单位面积上的电流，从而促使锂金属均匀沉积，进而解决锂枝晶的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂金属电池用负极集流体，包括碳纳米纤维膜、设置于所述碳纳米纤维膜的一个表面的不导电氧化物层和设置于所述碳纳米纤维膜的另一个表面的导电金属层。

也就是说，本发明提供的锂金属电池用负极集流体是一种金属/碳/氧化物复合纤维膜，碳纳米纤维膜的一面导电性强于碳材料，另一面不导电。

将该复合纤维膜用作集流体承载金属锂，制得金属锂负极。该复合纤维膜可用于锂金属电池容纳锂，防止锂枝晶的产生，表现出较好的电化学性能，包括高效率脱嵌锂，极化小。

作为本发明锂金属电池用负极集流体的一种改进，所述不导电氧化物层的材质包括氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化镍、氧化铜和氧化硅中的至少一种。

作为本发明锂金属电池用负极集流体的一种改进，所述导电金属层的材质为铜、镍、锌和银中的至少一种。

在优选的方案中，本发明中的不导电金属氧化物为氧化锌，导电金属为铜，如此可以得到性能更优的、锂离子嵌入脱出效率更高的锂金属负极。

作为本发明锂金属电池用负极集流体的一种改进，所述碳纳米纤维膜的厚度为30-200μm，所述不导电氧化物层的厚度为1-5μm，所述导电金属层的厚度为100nm-5μm。不导电氧化物层可以有效的吸引锂金属的沉积因此需要具有一定的厚度，而导电金属层则是为了使得集流体与其他电池部分有更良好的电接触，减少电池的阻抗。

作为本发明锂金属电池用负极集流体的一种改进，所述碳纳米纤维膜的直径为50-500nm。

本发明的另一个目的在于提供一种锂金属电池用负极集流体的制备方法，至少包括如下步骤：