[发明专利]一种亲锂性负极的制备方法、亲锂性负极和锂电池

说明书

本发明提供了一种亲锂性负极的制备方法、亲锂性负极和锂电池，(1)将M_XNO₃溶解于有机溶剂混合液中制成M_xNO₃溶液，其中M为金属活泼性比Li低的金属；(2)制备亲锂性负极：将上述M_xNO₃溶液滴加至锂片表面，发生反应，生成M或M/Li合金，得到亲锂性的M/Li复合电极，蒸发掉溶剂，所述LiNO₃沉积在所述复合电极的表面。其目的是优化亲锂性基质的制备方法，采用该方法不仅能得到亲锂性负极，同时能够得到LiNO₃。该亲锂性负极不仅能够调节锂形核，降低过电位。而且能均匀化锂离子分布，实现均匀的锂沉积。

技术领域

本发明涉及冶金物理化学领域，特别涉及一种亲锂性负极的制备方法与应用。

背景技术

随着电动汽车以及便携式设备的不断发展，对高能量密度电池体系需求日益增大。传统锂离子电池由于较低的容量和能量密度，无法满足高能量密度储能器件的需求。另一方面，金属锂具有极高的理论比容量(3860mAh/g)，最低氧化还原电位(-3.04V vs SHE)。尤其是在为电动汽车提供动力方面，锂金属电池在续航能力上显现明显的优势。金属锂与过渡金属氧化物匹配其理论能量密度可达440Wh/Kg，与单质硫匹配理论能量密度可达650Wh/Kg，比起锂离子电池300Wh/Kg的能量密度优势明显。

但是，锂金属负极非常活泼，容易与电解液发生副反应，加速电解液消耗速度。并且金属锂在沉积过程中倾向于二维线性生长，产生锂枝晶。一方面枝晶容易脱落，成为“死锂”，“死锂”无法参与电化学反应，导致活性物质不可逆损失。另一方面，枝晶不断生长，容易刺穿隔膜，产生严重的安全隐患。此外，锂金属在沉积/脱离过程中体积变化是无穷大的，会导致电池胀包。

为了解决以上问题，专利CN 106252722A制备了一种添加剂，能够抑制枝晶的生长马里兰大学胡良兵采用焦耳加热的方法，在碳纳米纤维上镀上一层亲锂性的银。由于亲锂性基质能够降低锂形核过电位，该方法实现了锂均匀沉积(Ultrafine SilverNanoparticles for Seeded Lithium Deposition toward Stable Lithium MetalAnode.Advanced materials 2017,29(38))。

这种最新研究的亲锂性基质为我们稳定锂沉积提供了思路。但是，目前大部分亲锂性基质是与3D集流体结合使用，这降低了整个电池体系的容量和能量密度。为了充分利用金属锂极高的比容量，最好是让金属锂保持最原始状态，如锂片。再者，大部分亲锂性基质制备流程复杂，对设备要求高，且大部分无法在常温下实现。

发明内容

本发明提供了一种亲锂性锂负极制备方法，其目的是优化亲锂性基质的制备方法，通过调节锂形核以及均匀化锂离子分布，实现均匀的锂沉积，延长金属锂电池寿命，此外，采用该方法不仅能得到亲锂性负极，同时能够得到LiNO₃，硝酸锂作为金属锂电池的添加剂，能够稳定金属锂负极。

一方面，本发明提供了一种亲锂性负极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将M_XNO₃溶解于有机溶剂混合液中制成M_xNO₃溶液，其中M为金属活泼性比Li低的金属，所述有机溶剂混合液包含有含氮的有机溶剂；