[发明专利]一种复合锂金属负极材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种复合锂金属负极材料的制备方法及应用，将负载材料均匀沉积在集流体表面，得到复合集流体；以复合集流体作为负极，加上隔膜、锂片、电解液组装成锂电池，进行充放电，在复合集流体上沉积锂金属，同时在高电位区负载材料被还原，原位形成人工SEI膜，形成复合锂金属负极材料；本发明复合集流体制备方法简单，材料易得等优点；得到的人工SEI膜保护层具有良好的锂离子导电性、高的弹性模量和电化学稳定性，能有效抑制锂枝晶的形成和界面副反应，提高锂金属负极的安全性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种复合锂金属负极材料的制备方法，属于材料合成及化学电源领域。

背景技术

锂离子电池是一种高能量密度、高效率的电能存储装置，已被广泛应用于小型可移动电子设备。锂离子电池主要由负极、正极、隔膜和电解液四大关键部件构成，材料的性质与锂离子电池的性能有着非常重要的关系。

锂离子电池负极材料为能可逆地嵌入-脱嵌锂离子/锂化-去锂化的化合物，铜箔为常用负极集流体。锂金属负极由于具有高的理论比容量和低的电位平台，被认为是锂电池负极材料的终极目标。然而，锂金属负极在长循环过程会出现锂金属的不均匀沉积，这将导致锂枝晶的生长，不断生长的锂枝晶会破坏固态电解质膜（SEI膜），使得副反应增多，造成活性材料和电池容量的损失；甚至可能会刺穿隔膜，导致电池短路，出现安全事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复合锂金属负极材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将负载材料均匀沉积在集流体表面，得到复合集流体；

（2）以复合集流体作为负极，加上隔膜、锂片、电解液组装成锂电池，进行充放电，在复合集流体上沉积锂金属，同时在高电位区复合集流体上的负载材料被还原，原位形成人工SEI膜，形成包含集流体、SEI膜和锂金属沉积的复合锂金属负极材料。

步骤（1）沉积方法为原子层沉积法、喷射沉积法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电泳沉积法或低能团簇束沉积法等。

步骤（1）集流体为Cu箔、Cu合金箔（CuAl合金箔，CuSn箔及CuSi合金箔等）或碳基集流体，碳基集流体为碳纸、碳纳米管纸、石墨烯纸或各种碳纤维纸。

步骤（1）负载材料为硫粉（S）或过渡金属硫化物（MS_x）；所述过渡金属硫化物（MS_x）为SnS₂、In₂S₃、CoS_x（1≤x≤2）、NiS和CuS_x（1≤x≤2）等。

步骤（1）负载材料的沉积厚度为2nm~20nm。

步骤（2）电解液的电解质盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI），溶剂为1,3-二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME)=1:1（体积比），电解质盐LiTFSI的浓度为1 mol/L。

步骤（2）充放电电流密度为0.5~1mA/cm²，充放电截止条件按容量截止，具体截止容量据实际需要决定，一般为3~5mAh，循环10~15次。

本发明复合锂金属负极材料在应用时，作为锂电池负极材料使用，循环性能好。

本发明的有益效果：

（1）本发明的复合集流体具备制备方法简单，材料易得等优点。

（2）本发明负极材料上生成的人工SEI膜保护层具有良好的锂离子导电性、高的弹性模量和电化学稳定性，能有效抑制锂枝晶的形成和界面副反应，提高锂金属负极的安全性和循环稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备流程图。

具体实施方式