[发明专利]金属锂支撑体及其制备方法与应用

说明书

金属锂支撑体及其制备方法与应用，金属锂支撑体的支撑体材质为金属铜或其合金、金属镍或其合金中的至少一种；支撑体的表面有亲锂层。在电化学池内放入支撑体作为工作电极并注入电抛光液，对工作电极施加阳极电位或阳极电流，改变阳极电位或阳极电流以及时间，调节铜的阳极溶出动力学，使工作电极上的支撑体获得相对平整的表面；向电化学池内注入含有晶面封盖剂的电解液，对工作电极施加阴极电位或阴极电流，发生金属的沉积反应，改变阴极电位或阴极电流以及时间，调节铜的沉积过程，得金属锂支撑体。金属锂支撑体可直接作为无锂负极在锂离子电池中应用，或在电沉积或熔融引锂的方式制备成锂薄膜负极在二次电池中应用。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及金属锂支撑体及其制备方法与应用。

背景技术

金属锂具有理论比容量高、电极电势低等优点，是理想的高能量密度锂电池体系负极材料。然而，金属锂在充放电过程中极易产生枝晶，可导致电池短路，引发安全问题；同时，反复充放电过程中的体积变化可导致其上的固态电解质界面膜(SEI)发生破裂而暴露新鲜的锂表面，后者与电解液接触发生反应而被消耗，降低金属锂的利用率和电池的库仑效率，这些问题严重阻碍了金属锂负极的实用化进程。

过去的几十年中，人们尝试了诸多方法来抑制锂枝晶的生长，以提高电池的循环效率和安全性。在集流体上制备锂薄膜电极，或直接进行无锂负极上的沉积-溶出，可大幅减少金属锂使用量，也是提高安全性和可操作性的策略，近年来逐渐受到重视。集流体作为高锂利用率锂负极的一个重要组成部分，其表面亲理性对锂的均匀沉积和溶出及锂负极的循环稳定性具有重要影响。集流体有平面构型和三维构型之分。与平面集流体相比，三维集流体具有更高的比表面积，能够降低真实电流密度，抑制锂枝晶的形成，有利于长效循环。事实上，用于锂负极的三维集流体，不仅要有高的比表面积，还应具有高的电化学活性空间，以形成电极-溶液界面，使锂负极循环的得以正常进行。而高的电化学活性空间与集流体表面的亲理性密切相关。

然而，目前针对集流体的研究，微观上，改善表面亲理性大多依赖价格昂贵的亲锂过渡层(如金、银等)，而忽视集流体的晶面取向及其微观结构对金属锂的亲和性以及成核、生长过程的影响。宏观上，大都注重比表面积的提升，却忽视了电化学活性空间的利用，致使集流体无法发挥高比表面的优势；因此，亟待发展方法，提高集流体表面本身的亲锂性，保证高的表面和高的电化学活性空间的充分利用，从而改善集流体上金属锂的沉积-溶出行为，为集流体上锂薄膜负极和无-锂负极的制备奠定基础，并大幅提升其电化学性能。

参考文献：

Dingchang Lin,Yayuan Liu and Yi Cui,“Reviving the lithium metal anodefor high-energy batteries”,Nature Nanotechnology,2017,12,194–206.

发明内容

为了解决现有金属锂支撑体存在的上述不足，本发明的第一目的在于提供一种表面亲锂的金属锂支撑体。

本发明的第二目的在于提供金属锂支撑体的制备方法。

本发明的第三目的在于提供金属锂支撑体的应用。

所述金属锂支撑体的支撑体材质为金属铜或其合金、金属镍或其合金中的至少一种；所述支撑体的表面有亲锂层，所述亲锂层为能够降低锂沉积能垒或提升锂覆盖率的Cu(100)择优或Ni(100)择优晶面；金属锂支撑体的构型包括平面箔、三维网状、三维泡沫状、三维圆柱等中的至少一种。