[发明专利]锂金属电池用负极多级铜骨架集流体及其制备方法及含该集流体的电池

说明书

本发明公开了一种锂金属电池用负极多级铜骨架集流体，包含一级骨架以及设在所述一级骨架上的次级骨架；所述一级骨架包括以铜、铜锡合金、铜锌合金、铜铝合金、铜镁合金、铜镍合金、铜铁合金、铜锰合金、铜铬合金、铜钛合金、铜铅合金、铜银合金、铜金合金、铜铂合金为材料制备出来的丝、线、箔、片、网、泡沫；本发明仅采用简单的电镀方法在以金属铜为一级骨架上制备次级骨架；以该多级骨架作为集流体，可起到为锂金属沉积提供沉积空间、均匀化界面锂离子流、抑制锂枝晶生长作用。

技术领域

本发明涉及一种锂金属电池用负极多级铜骨架集流体及其制备方法，以及含多级铜骨架集流体的电池，属于可逆锂金属电池技术领域。

背景技术

以石墨为负极的锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备领域，并逐步应用到电动汽车、大型储能电站领域。随着人们对能量密度的要求越来越高，锂离子电池由于其极限能量密度的限制，已逐渐不能满足人们的需求。锂金属由于具有最高的质量比容量（3860mAh g^-1）及其最低的对氢氧化还原电位（-3.04 eV），重新回到了研究的舞台。然而，锂金属在二次电池的循环过程中枝晶生长、无限的体积变化及电解液与新鲜锂金属的持续反应，造成了电池循环稳定性极差、循环寿命短，特别是当枝晶持续生长刺穿隔膜联通正负极造成短路后引发爆炸、火灾等安全事故，限制了锂金属作为二次电池负极材料的进一步使用。针对上述问题，目前的解决办法主要有包括电解液成分改性、电解液添加剂、功能化人工界面、3D高比表面结构以及亲锂材料复合结构等。上述办法虽然一定程度上解决了枝晶生长、体积无限变化和界面反应的问题，但或多或少都存在着成本高、制备工作繁冗等不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：本发明提供一种锂金属电池用负极多级铜骨架集流体及其制备方法，仅采用简单的电镀方法在以金属铜为一级骨架上制备次级骨架；以该多级骨架作为集流体，可起到为锂金属沉积提供沉积空间、均匀化界面锂离子流、抑制锂枝晶生长作用，使锂金属负极的循环稳定性和使用寿命大大提升。

本发明的技术解决方案如下：一种锂金属电池用负极多级铜骨架集流体，包含一级骨架以及设在所述一级骨架上的次级骨架。

所述一级骨架包括以铜、铜锡合金、铜锌合金、铜铝合金、铜镁合金、铜镍合金、铜铁合金、铜锰合金、铜铬合金、铜钛合金、铜铅合金、铜银合金、铜金合金、铜铂合金为材料制备出来的丝、线、箔、片、网、泡沫。

所述次级骨架为电镀在一级骨架上的结构。

所述的锂金属电池用负极多级铜骨架集流体的制备方法，包括如下步骤：

S1：利用溶剂对一级骨架进行清洗，除去一级骨架表面杂质；

S2：以一级骨架作为电镀体系的两极，将两极分开一定距离置于电镀液中，在两极上施加适当的电压并控制时间，作为阴极的一级骨架上电镀形成次级骨架得到多级铜骨架集流体；

S3：将制备的多级铜骨架集流体取出，用去离子水反复冲洗，随后烘干即可。

所述步骤S1中所使用的溶剂为甲醇、乙醇或丙酮中至少一种。

所述步骤S2中施加电压范围为0.1-5 V，优选电压为1-3V，最佳电压为2V。

所述步骤S2中施加电压的时间为1-20分钟，优选时间为3-10分钟，最佳时间为5分钟。

所述电镀液通过含铜电解质溶于酸溶液中配制得到。

所述含铜电解质在电镀液中的的浓度为0.01-1mol/L，优选浓度为0.1-0.5mol/L，最佳浓度为0.5 mol/L。

所述酸溶液中酸浓度为0.01-2 mol/L，优选浓度为0.1-1 mol/L，最佳浓度为0.5mol/L。