[发明专利]一种锂金属负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种锂金属负极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在金属泡沫板表面沉积亲锂性纳米颗粒；(2)将步骤(1)所得含亲锂性纳米颗粒的金属泡沫板滚压至所需厚度；(3)对滚压所得金属泡沫板进行高温退火处理；(4)以高温退火后的金属泡沫板为基材，通过热引锂法制得锂金属负极材料。本发明以三维金属泡沫板为骨架，通过高温退火处理使金属泡沫板表面改性生成金属氧化物，便于与热锂反应，使锂能够快速向内部扩散；同时，本申请在金属泡沫板上沉积硅、锡、一氧化硅、二氧化硅等亲锂性纳米颗粒作为锂金属的沉积位点，诱导锂在负极的均匀沉积，有效避免锂枝晶的生长，从而可显著提升电池的长循环性能。

技术领域

本发明涉及一种具有高比能量、长循环稳定性的锂金属负极材料的制备方法，属于锂金属负极材料制备领域。

背景技术

为了满足电动汽车技术的发展，具有更高能量密度的储能电池一直是人们致力于提升的目标。锂金属由于具有较高的比能量3860mAhg^-1和最低的电化学电位-3.040v一直被认为是负极材料的“圣杯”，但是，在实际应用中锂金属由于不均匀沉积会造成锂枝晶生长。从机理上分析，锂枝晶的生长与锂金属沉积的形核有很大的关系，特别是大电流充电时，负极表面锂来不及向内部扩散，在电极表面析出。锂枝晶的生长一方面会形成死锂降低电池的库伦效率，另一方面会刺穿隔膜使电池短路，从而极大地影响了锂金属作为负极材料的比能量和循环稳定性。

发明内容

发明目的：针对现有技术中由于锂枝晶生长影响锂金属负极材料性能的问题，本发明提供了一种锂金属负极材料的制备方法，该方法能够诱导锂在负极的均匀沉积、制得具有高比能量、大倍率长循环稳定性的锂金属负极材料。

技术方案：本发明所述的一种锂金属负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在金属泡沫板表面沉积亲锂性纳米颗粒；

(2)将步骤(1)所得含亲锂性纳米颗粒的金属泡沫板滚压至所需厚度；

(3)对滚压所得金属泡沫板进行高温退火处理；

(4)以高温退火后的金属泡沫板为基材，通过热引锂法制得锂金属负极材料。

步骤(1)中，亲锂性纳米颗粒为过电位高于锂且亲锂性的单质纳米颗粒、或亲锂性氧化物纳米颗粒、或亲锂性的单质纳米颗粒与亲锂性氧化物纳米颗粒的混合物。其中，亲锂性单质纳米颗粒可选自Au纳米颗粒、Ag纳米颗粒、Si纳米颗粒和Sn纳米颗粒中的一种或几种，亲锂性氧化物纳米颗粒可选自SiO纳米颗粒、SiO₂纳米颗粒、SnO₂纳米颗粒、ZnO纳米颗粒、Fe₂O₃纳米颗粒和TiO₂纳米颗粒中的一种或几种；当亲锂性纳米颗粒为两种以上单质纳米颗粒、两种以上氧化物纳米颗粒或单质纳米颗粒与氧化物纳米颗粒的混合物时，能够产生协同作用，进一步提升电池的长循环性能。

优选的，配制亲锂性纳米颗粒的喷雾溶液，通过氮气喷雾法在金属泡沫板表面沉积亲锂性纳米颗粒，采用氮气喷雾法能够保证亲锂性纳米颗粒在金属泡沫板表面均匀沉积，同时，成本相对较低。其中，亲锂性纳米颗粒的喷雾溶液的配制方法为：按照亲锂性纳米颗粒与金属泡沫板质量比0.01～0.05:1称取亲锂性纳米颗粒，分散在无水乙醇溶液中，超声20～30min，即得。进一步的，通过氮气喷雾法沉积亲锂性纳米颗粒的工艺条件为：将金属泡沫板固定在喷头下方10～15cm位置处，控制亲锂性纳米颗粒喷雾溶液的推进速度为2～3ml min^-1，喷头的行径为螺线圆向外扩散。

较优的，步骤(1)中采用的金属泡沫板为泡沫铜或泡沫镍。当金属泡沫板为泡沫铜时，步骤(3)中，高温退火的温度优选为300～350℃，退火时间优选为90～120min；当金属泡沫板为泡沫镍时，高温退火的温度优选为500～550℃，退火时间优选为90～120min。