[发明专利]一种Li-Ti3C2-rGO复合薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种Li‑Ti₃C₂‑rGO复合薄膜材料及其制备方案，由如下步骤制备而成：步骤一：配制GO分散液和Ti₃C₂分散液，浓度均为1‑4mg/mL，两者混合后搅拌再超声；将步骤一得到的溶液分批次进行真空抽滤；将步骤二抽滤成的Ti₃C₂‑GO薄膜，自然风干，从滤膜上撕下接触热台，使Ti₃C₂‑GO薄膜变为多孔的Ti₃C₂‑rGO；将步骤三中多孔Ti₃C₂‑rGO薄膜，接触熔融金属锂，本发明所制备的薄膜电极具有很好的柔性，对于可穿戴的电极设计是很有益处的；可实现金属锂与复合材料均匀快速的结合，其含锂量较高，可实现对金属锂的超强保护。

技术领域

本发明涉及一种复合薄膜材料及其制备方法，尤其涉及一种Li-Ti₃C₂-rGO复合薄膜材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种可充放型高能量密度储能装置，在其负极材料中,金属锂由于其高理论比容量(3860mAh/g)和低氧化还原电位(-3.04,vs.SHE),以及低密度(0.53g/cm³)成为锂电池发展的终极目标。金属锂与硫正极或氧正极组成的锂-硫电池或锂-氧电池拥有着最高比容量在所有的电化学储能器件中。因此，锂金属负极材料是新能源汽车的最终选择。现有金属锂负极应用和Li-Ti₃C₂-rGO薄膜材料的合成过程存在以下问题：

问题1：现有技术难以实现金属锂负极的安全应用：现有技术制备的纯金属锂片无法应用于工业生产出的电池中。在充放电过程中，由于金属锂非常活泼,易于形成锂枝晶和不稳定的固态电解质界面，这些问题易刺穿隔膜引起电池的短路、起火、爆炸等安全问题。

问题2：现有技术难以实现多孔薄膜的制备：现有技术制备的薄膜材料常用真空抽滤和擀压等放式，所制备的薄膜材料多是紧密堆积的，并无多孔结构，没有大量储存金属锂的空间，发挥不了金属锂高比容量的特性。

问题3：现有技术中难以实现多孔rGO薄膜的制备和大规模的工业化生产：rGO具有很高的亲锂性，可以作为保护锂的宿主材料，但现有技术制备的rGO薄膜是通过GO抽滤成膜后再经热处理后还原形成的,但在热处理过程中会发生微小的爆炸反应，虽然可以获得多孔结构，但由于爆炸的冲击力使得rGO无法很好的保存完整的薄膜形状，机械性能较差,无法做到可控的生产。

问题4：现有技术难以实现保护骨架与金属锂的快速、均一复合：现有技术中常采用电沉积法将金属锂沉积到保护骨架中，所需时间较长，且制成后还需拆开原有电池，取出复合材料再去组装目标电池，工艺较为繁琐，难以大规模的、快速的、均一的将金属锂与保护材料复合在一起，工业生产成本较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决锂负极的应用、Li-Ti₃C₂-rGO复合薄膜材料的合成路径存在的问题而提供一种Li-Ti₃C₂-rGO复合薄膜材料及其制备方法。

本发明的构思如下：

构思1：本发明提出Ti₃C₂与rGO共同保护金属锂。将金属锂分层放入多孔Ti₃C₂-rGO薄膜层间，多孔结构可以降低局部电流密度，从根本上抑制枝晶的生长，并且在电池的充放电过程中,薄膜的表面冠能团会诱导锂离子的均匀沉积,使得少量的枝晶和固体电解质被封装在每层之间，限制了其继续生长，使其无法与隔膜接触，无法刺穿隔膜，实现很好的保护作用。