[发明专利]一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二：集流体改性；步骤三，全电池正极制备；步骤四，全电池电解质溶液制备；步骤五，全电池组装；该锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法采用连续镀技术在铜集流体上沉积一层诱导的金属诱导层，诱导层对锂层具有低的过电位，集流体在现有集流体的表面镀有一层诱导金属镀层，能够与锂形成合金，诱导层对锂层具有低的过电位，诱导锂均匀沉积，使锂枝晶的生长得到有效抑制，诱导锂均匀沉积，使锂枝晶的生长得到有效抑制，在集流体表面构建了不同的形貌，使锂枝晶的生长得到有效抑制，提高电池的循环稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂电池铜集流体金属诱导层技术领域，具体为一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法。

背景技术

随着新能源电动汽车，智能手机和其他终端消费电子器件的大规模发展及应用，研发新一代高能量密度，高安全性，长寿命且成本低廉的电池迫在眉睫；当前以石墨为负极的锂离子电池已经十分接近其理论容量，难有较大提升；下一代高比能电池将采用无负极技术，无负极锂金属电池的出现不仅解决了石墨负极比容量低的先天劣势，同时也能在一定程度上缓解锂金属电池库伦效率低等问题；无负极锂金属电池的负极实际上只是一个集流体，无需石墨或者锂金属等负极材料的引入，全电池的锂全部源自富锂态的正极锂金属氧化物；这种设计不仅能极大地提高电池理论比容量，在实际应用组装过程中可避免Li片的使用从来带来了极大的便利；

铜箔因其高导电性和良好的力学性能，是无负极锂离子电池最广泛采用的异质衬底；目前无负极技术的研究核心在于如何保证金属锂在铜集流体上的均匀沉积，由于锂铜无法形成合金，造成铜箔上锂沉积过电位高，导致电池沉积效率低，沉积不均匀，使得在锂的沉积、脱出过程中会形成不规则的锂枝晶；锂枝晶会刺破隔膜引起电池短路，引发爆炸、火灾等安全事故，存在严重的安全隐患，限制了无负极材料的进一步使用；因此，控制锂枝晶生长的过程，是解决问题的必要途径；针对这些缺陷，设计一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种锂电池铜集流体金属诱导层及其制备方法，包括以下步骤，步骤一，原料选取；步骤二：集流体改性；步骤三，全电池正极制备；步骤四，全电池电解质溶液制备；步骤五，全电池组装；

其中上述步骤一中，人工选取金属单质和集流体基体，并放置在阴凉地存储干燥；

其中上述步骤二中，集流体改性包括以下步骤：

1)人工将金属单质倒入镀膜机中，进行连续镀，形成一层致密均匀的薄膜在铜箔基底上；

2)将预先购置的电池集流体作为集流体基底装在溅射室内并用挡板盖住，根据沉积元素选择对应的靶材，用丙酮清洗靶材后烘干，预溅射5min以去除表面氧化物及其杂质，保证后续集流体基底表面沉积的是无杂质，靶材的纯度≥99.99％；

3)开始溅射以在电池集流体基底上沉积与锂湿润性好的元素，连续镀磁控溅射的工艺参数为：本底真空度(0.1-9.9)×10^-5Pa，工作气压为0.25-0.35Pa，靶极距为8-12cm，溅射功率70-90W，溅射温度20-30℃，溅射时间为1-10min；

4)在电池集流体基底上沉积出与锂湿润性好的元素薄膜，制备出改性后的集流体；

其中上述步骤三中，全电池正极制备包括以下步骤：

1)将重量比为8∶1∶1的LiCoO₂、Super-P和聚偏氟乙烯分散在N-甲基吡咯烷酮中，形成混合物；

2)将混合物球磨以达到充分混合的目的，形成混合物浆料，即为LiCoO₂浆料，将其球磨加工1-2h；