[发明专利]一种碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极的制备方法

说明书

一种碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极的制备方法，首先采用水热反应，将氧化锡负载于商用碳布之上，然后在惰性气体保护的条件下加热处理，在碳布表面原位生成金属锡，最后以金属锡作为亲锂位点，将加热熔融的金属锂负载于复合基体上，得到改进后的锂负极；本发明的特点是利用了金属锡对碳布和金属锂的双重亲和性，改进了金属锂电池负极循环时枝晶生长等缺陷，制备了具有较高循环稳定性和电池容量以及较低非反应能耗的金属锂电池负极。

技术领域

本发明涉及电池负极材料的制备，特别涉及一种碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极的制备方法。

背景技术：

高效、清洁的新能源的发展也是国家成为社会主义现代化强国，优化能源结构的重要一环。电化学储能是新能源领域中不可或缺的一部分，作为最具代表性的电化学储能器件之一，锂电池的发展备受关注。目前商用锂离子电池已经接近其所能达到的理论极限，而人们对电池性能的要求却在不断提高，因此，开发具有高能量密度的电池材料迫在眉睫。金属锂由于其超高的理论容量(3860mAh·g^-1)、低的电极电势(-3.04V vs SHE)而受到广泛的关注和研究。但是，金属锂负极在电池反复充放电过程中形成的枝晶对电池的安全性造成极大影响，严重阻碍了金属锂电池的实际应用进程。

研究者采用了诸多方法来改善这些缺陷，例如采用高模量的固态电解质来抑制枝晶的过度生长，防止其刺穿隔膜并造成短路；向电解质中加入添加剂来促使稳定性较高的SEI膜的生成以及对SEI膜进行人工修饰。然而这些方法无法解决锂的体积变化这一难题。研究表明，使用具有“亲锂性”的基底材料对锂金属负极进行修饰，能够从增大负极比表面积、控制电流密度等多个角度抑制锂枝晶的生长，避免电池在循环过程中发生短路，减少了锂金属的体积变化。开发低成本、具有调控锂沉积与溶解的宿主材料对于推进金属锂电池的实际应用进程尤为重要。

发明内容：

为了解决锂金属电池负极的枝晶生长等问题，提高锂金属电池负极的循环稳定性和工作效率，本发明的目的在于提供一种碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极的制备方法，通过在碳布表面负载一层金属锡，利用金属锡对碳和锂的双重亲和性，提高碳布的亲锂性，再于碳/锡表面负载金属锂，得到碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极的制备方法，包括以下步骤:

第一步：称取锡酸钾和尿素溶于水和乙醇的混和溶液中，搅拌均匀后，将溶液加入水热反应釜中，再加入裁剪好的商用碳布，加热反应结束后，将产物用去离子水洗涤并烘干；

第二步：将第一步所得产物在惰性气氛炉中煅烧，反应结束，得到的碳/锡复合支撑材料冷却常温后，将产物转移至真空环境；

第三步：在真空条件下300～350℃温度下将商用锂片熔融，而后将复合支撑材料浸润于熔融的金属锂，完成负载，所得到的产物就是碳/锡复合材料支撑的锂金属电池负极。

所述的第一步具体为：称取0.05～0.5g锡酸钾和0.5～3g尿素溶于10～40mL水和10～40mL乙醇的混和溶液中，搅拌均匀后，将溶液加入水热反应釜中，再加入1～4块直径5-15mm裁剪好的商用碳布，在 160～240℃下加热18～24个小时，反应结束后将产物用去离子水洗涤 3～5次并烘干。

所述的第二步具体为：将第一步所得产物在惰性气氛炉中 400～600℃煅烧2小时，升温速率为5℃min^-1，反应结束，得到的碳 /锡复合支撑材料冷却常温后，将产物转移至真空环境。

利用本发明制备出的碳/锡复合基底支撑的锂金属电池负极具有以下特点：

一、碳/锡复合基底亲锂性较好，能够在20秒内完成锂金属的负载，且在电池循环过程中，金属锡能够在碳布表面作为亲锂位点有效地提高锂离子的沉积效率。