[发明专利]一种柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极及其制备方法

说明书

本发明公开一种柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极及其制备方法，该复合负极包括具有柔性的不锈钢网，该不锈钢网表面修饰有石墨烯泡沫，且石墨烯泡沫表面沉积有金属锂。其制备方法为：冷冻干燥法制备修饰氧化石墨烯泡沫的不锈钢网，并还原氧化石墨烯；然后在还原后的氧化石墨烯泡沫表面沉积金属锂，即得。本发明的柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极以不锈钢网为导电骨架，不锈钢网表面修饰有还原后的氧化石墨烯泡沫，能够诱导金属锂均匀无枝晶地成核，有效抑制了锂枝晶的形成；同时，泡沫状石墨烯与不锈钢网结合，不仅使电池耐弯折性好，而且两者构成的三维导电网络使电极在较高电流密度下依然保持较好性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料，特别涉及一种柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着人类对柔性可穿戴设备的需求的日益提升，柔性储能器件也随之迅速发展。而锂离子电池负极材料中金属锂负极由于具有高的比容量(3861mAh/g)、最低的电化学势(-3.04V)、较小的密度(0.534g/cm³)，和较好的机械柔性，因而是最具有前景的柔性二次电池负极材料。

然而在电池的充放电过程中，金属锂负极极易生长出锂枝晶。一方面，锂枝晶可能会刺破隔膜，与正极接触造成电池内部短路，甚至有可能引发自燃爆炸等严重的安全问题；另一方面，锂枝晶结构疏松，易脱落形成无电化学活性的“死锂”。为了解决锂枝晶的问题，有的研究者采用了固态电解质，但固态电解质往往使锂离子穿梭速率受阻、电池整体阻抗增加，使电池的在高电流密度下性能不佳；有些研究者研究了具有高比表面积的负极结构，但如果不能诱导锂离子均匀成核，依然无法从根本上抑制锂枝晶的形成；有的研究者对集流体表面进行改性，诱导锂的均匀成核，这在一定程度上可以抑制锂枝晶，但往往沉积的锂量有限，且一定程度影响集流体的导电性，在匹配高容量正极材料时沉积的锂量往往不够。因此，现有方法无法有效抑制锂负极锂枝晶问题，或者在一定程度抑制锂枝晶的同时会折损其导电性能。

在柔性电池材料领域，可弯折柔性基体主要分为两类，一类为非导电性柔性材料，例如高分子聚合物，纺织物等作为非导电性柔性骨架，但该种柔性基体对于电池容量没有增加，增加电池阻抗，往往降低电池的能量密度；第二类为导电性柔性基体，例如石墨烯或者碳纳米管薄膜，但单纯的石墨烯或者碳纳米管薄膜往往并不能承受太大的拉伸性，而且，二维碳材料提供的锂沉积位点有限；这些缺点都限制了柔性电池材料的应用。

发明内容

发明目的：针对现有的锂离子电池负极材料存在的问题，本发明提供一种柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极，还提供可一种该柔性负极的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极，包括具有柔性的不锈钢网，该不锈钢网表面修饰有石墨烯泡沫，且石墨烯泡沫表面沉积有金属锂。此处石墨烯泡沫为还原后的氧化石墨烯泡沫。

其中，不锈钢网可采用市售的不锈钢网，目数可为200～5000目。金属锂的沉积量可为0.5～20mAh/cm²，根据电池正极的性能需求确定对应负极所需沉积的金属锂的量。石墨烯泡沫的厚度优选为10～100μm，可根据金属锂的沉积量在上述范围内调整，石墨烯泡沫的厚度越厚，其提供的表面积越大，可以沉积的锂的量随之增加。

本发明所述的柔性自支撑不锈钢网/石墨烯/锂复合负极的制备方法，包括如下步骤：

(1)冷冻干燥法制备修饰氧化石墨烯泡沫的不锈钢网，并还原氧化石墨烯；

(2)在还原后的氧化石墨烯泡沫表面沉积金属锂，即得。