[发明专利]一种金属负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种金属负极材料的制备方法，包括以下步骤：将液态汞滴到金属表面；令液态汞浸润金属表面；液态汞与金属反应后，形成了含汞齐的自愈膜，从而得到金属负极材料。本发明实施例通过制备汞齐合金层，汞齐合金层有效减轻循环过程中因体积膨胀而引起的金属电极本身结构的破坏，并在脱嵌金属离子过程中，发生可逆相变，较好抑制金属枝晶生长、阻止电解质与负极的直接反应和降低它们之间的界面电阻，从而得到高存储容量和长循环寿命可自愈的电池的金属负极材料；与纯金属负极材料比较，含合金保护层的金属负极材料的结构稳定，在电池循环中无金属枝晶的形成，具有较高固‑固界面离子传输速率。

技术领域

本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种金属负极材料及其制备方法。

背景技术

金属负极凭借其高能量密度、低电极电位的特性成为了二次电池负极的研究热点。然而，受到枝晶生长、体积膨胀和界面电阻大的限制，金属负极的循环寿命和安全性能十分不理想。虽然目前通过一些方法如使用液体合金电极、设计制备三维纳米复合负极、离子液体的使用、隔膜和电极的表面修饰、电解液的优化和改性，可较好地改善金属负极本征的枝晶，缓解负极巨大的体积膨胀或提高固态电解质与电极之间的界面电阻，但目前所有策略都不能同时解决上述金属负极存在的关键问题。

发明内容

本发明为解决现有金属负极材料不利于使用的技术问题，提供了一种金属负极材料及其制备方法。

本发明提供了一种金属负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将液态汞滴到金属表面；

令液态汞浸润金属表面；

液态汞与金属反应后，形成了含汞齐的自愈膜，从而得到金属负极材料。

进一步地，制备条件为常温常压。

进一步地，所述反应为原位合金反应。

进一步地，所述金属为去除氧化膜后的纯金属。

进一步地，所述金属面积大小为1 cm×1cm。

进一步地，制备过程在手套箱内制备完成，所述手套箱内充满氩气。

进一步地，所述步骤“液态汞与金属反应后，形成了含汞齐的自愈膜”具体为：

待适量的液态汞完全润湿金属表面后，在室温下固化，使得金属表面得到含汞齐的自愈膜。

进一步地，通过控制液态汞的量调节所述自愈膜的厚度。

进一步地，所述金属采用锂、钠、钾、铝、镁、锌和锡中的一种或多种。

另一方面，本发明还提供一种金属负极材料，所述金属负极材料采用所述的制备方法制得。

本发明的有益效果是：本发明实施例通过原位表面合金反应，制备出含有结构致密、表面均一的汞齐合金层的金属负极材料；汞齐合金层有效减轻循环过程中因体积膨胀而引起的金属电极本身结构的破坏，并在脱嵌金属离子过程中，发生可逆相变，较好抑制金属枝晶生长、阻止电解质与负极的直接反应和降低它们之间的界面电阻，从而得到高存储容量和长循环寿命可自愈的电池的金属负极材料；与纯金属负极材料比较，含合金保护层的金属负极材料的结构稳定，在电池循环中无金属枝晶的形成，具有较高固-固界面离子传输速率。

附图说明

图1中（a)为本发明液态汞齐对无机固态电解质表面浸润后的照片，(b-g)分别为铝金属、镁金属、锌金属与汞发生表面原位反应前后的照片；

图2中（a-h）分别为本发明实施例制备的纯金属负极和含有汞齐涂层的金属负极对称电池的循环电压曲线，其中(a，b)为铝金属， (c，d)为镁金属， (e，f)为锌金属， (g) 为钠金属，(h)为锂金属；