[发明专利]一种多孔锂金属阳极、制备及其在锂金属电池中的应用

说明书

本发明属于锂金属电池技术领域，具体公开了一种多孔锂金属阳极，包括多孔金属集流体，复合在所述多孔金属集流体骨架上的金属锂层，以及覆盖金属锂层表面的氧化锂层。本发明还公开了所述的多孔锂金属阳极的制备方法，将多孔金属集流体进行表面氧化，随后向表面氧化后的多孔金属集流体中填充金属锂，进行置换反应，制得所述的多孔锂金属阳极。本发明还公开所述的多孔锂金属阳极的应用以及制得的锂金属电池。本发明中，原位形成的氧化锂层的存在降低了金属锂与电解液直接接触，有效避免的界面反应的发生，同时保持多孔金属集流体高比表面积的优势。同时，氧化层良好的亲锂性，有利于稳定锂离子的传输，最终实现锂金属电池长的循环寿命。

技术领域

本发明属于能源存储领域，具体涉及一种多孔锂金属阳极的制备与应用。

背景技术

金属锂阳极在电池中的作用机制是金属锂的沉积和溶解，其基本反映式为：

充电：Li⁺+e＝Li；放电：Li-e＝Li⁺。不同于常规的锂离子电池的负极发生的是锂离子在石墨负极中的嵌入和脱出。

金属锂凭借着超高的理论比容量(3860mAh/g)以及最低的电极电位(-3.04 V)，被越来越多的科研工作者视为下一代锂电池最具发展前景的阳极材料。在这一背景下，以金属锂为阳极的锂硫电池和锂空气电池在近几年中得到长足的发展。但是，锂枝晶和锂金属电池循环过程中巨大的体积效应限制了其实际的应用。为了应对这些问题，大量的策略，如优化电解液中的锂盐，溶剂，功能性的添加剂甚至是离子液体也被广泛的开发和研究。如Miao Wang等人[P.Zhang，J.Zhu， M.Wang，N.Imanishi，O.Yamamoto，Lithium dendritesuppression and cycling efficiency of lithium anode，ElectrochemistryCommunications 87(2018)27-30.]采用 2.5M锂盐来改变电解液的理化性质，从而抑制锂枝晶的生长。而Ji-Guang Zhang 等人[J.Qian，W.Xu，P.Bhattacharya，M.Engelhard，W.A.Henderson，Y.Zhang，J.-G. Zhang，Dendrite-free Li deposition using trace-amounts of water as an electrolyte additive，Nano Energy 15(2015)135-144.]通过在电解液中加入痕量的水，是锂片表面生成一层富氟化锂的SEI膜，从而来抑制枝晶的生长。在这些研究的背后，科研工作者们取得了十分可喜的成绩，大量的锂枝晶被成功的抑制。但是锂金属电池循环过程中巨大的体积效应，特别是高的面积容量下，这一问题始终还有待解决。