[发明专利]一种锂离子电池负极及其制备方法

说明书

本发明属于金属锂电池负极材料领域，并具体公开了一种锂离子电池负极及其制备方法，该锂离子电池负极包括基底和改性材料，其中，所述基底为铜单质，所述改性材料为所述铜单质表面原位生成的硫族铜化合物。锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：将铜单质置于反应器中并进行加热，然后通过吹扫气体将硫族物质粉末通入反应器中，硫族物质粉末与铜单质发生反应，使铜单质表面原位生成均匀的硫族铜化合物，完成锂离子电池负极的制备。本发明解决了锂离子电池中锂离子不均匀沉积的问题，提高锂离子电池的循环稳定性，同时可以降低锂离子的形核过电位，有利于锂离子成核。

技术领域

本发明属于金属锂电池负极材料领域，更具体地，涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。

背景技术

实现均匀稳定的锂沉积是获得理想锂金属负极的关键，该锂金属负极具有较高的理论比容量(可达3860mAh/g)，较低的氧化还原电势(相对于标准氢电极为3.04V)和低密度，有望在下一代高能量密度电池中使用。

但是，锂离子的不均匀沉积会导致电极表面形成树枝状或苔藓状的枝晶结构，导致库伦效率降低，循环寿命缩短。当锂枝晶不断生长至刺穿隔膜后，还会引起电池的热失控甚至起火爆炸，引发严重的安全问题。另外，与石墨和硅负极不同，金属锂负极的相对体积变化实际上是无限的，这又会导致电极的结构在循环过程中崩塌。为了解决上述问题，目前研究者们已经发展多种方法来稳定循环过程中的锂沉积，例如三维集流体，改性固态电解质中间相层(SEI膜)，建立人工保护层或者使用电解液添加剂，但上述方法均存在工艺较为复杂且质量不稳定的问题，故亟需一种解决锂离子电池中锂离子不均匀沉积问题的材料和方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂离子电池负极及其制备方法，其目的在于，采用热处理在铜单质表面通过原位合成法生成的硫族铜化合物，以其作为锂离子电池负极，解决锂离子电池中锂离子不均匀沉积的问题，提高锂离子电池的循环稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种锂离子电池负极，其包括基底和改性材料，其中，所述基底为铜单质，所述改性材料为所述铜单质表面原位生成的硫族铜化合物。

作为进一步优选的，所述铜单质为铜箔、铜网或泡沫铜。

作为进一步优选的，所述硫族铜化合物为铜硫化合物、铜硒化合物或铜碲化合物。

作为进一步优选的，所述铜硫化合物为Cu_xS，所述铜硒化合物为Cu_xSe，所述铜碲化合物为Cu_xTe，且0＜x≤3。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述锂离子电池负极的制备方法，包括如下步骤：

将铜单质置于反应器中并进行加热，然后通过吹扫气体将硫族物质粉末通入反应器中，硫族物质粉末与铜单质发生反应，使铜单质表面原位生成均匀的硫族铜化合物，完成锂离子电池负极的制备。

作为进一步优选的，所述硫族物质粉末为硫粉、硒粉或碲粉。

作为进一步优选的，所述吹扫气体为氩气或氮气。

作为进一步优选的，所述吹扫气体流速为20ml/min～100ml/min。

作为进一步优选的，所述反应器为管式炉。

作为进一步优选的，加热温度为100℃～1000℃，加热时间为1min～60min。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：