[发明专利]一种具有界面纳米片保护层的锂负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有界面纳米片保护层的锂负极，包括锂负极基体，锂负极基体表面上覆有一层石墨相氮化碳纳米片界面层。其制备方法为：将石墨相氮化碳纳米片粉末加入有机溶剂中进行分散，制备成石墨相氮化碳纳米片分散液；将石墨相氮化碳纳米片分散液滴涂在锂负极基体表面，待溶剂挥发后在锂负极表面形成石墨相氮化碳纳米片界面层，得到具有界面纳米片保护层的锂负极。本发明在锂负极基体表面上覆有一层石墨相氮化碳纳米片界面层，石墨相氮化碳纳米片中丰富且均匀分布的氮原子可以与锂离子发生相互作用形成瞬态Li‑N键，从而调节锂离子通量并实现稳定的沉积过程，有助于减少锂枝晶和死锂的生成，减少极化。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种具有界面纳米片保护层的锂负极及其制备方法。

背景技术

自1991年Sony公司首次将锂离子电池商业化以来，锂离子电池已经成为当前储能技术中最重要的技术之一。如今，锂离子电池在便携式电子设备，电动汽车和电站储能等领域具有广泛应用。然而，经过几十年的发展，采用石墨负极的商用锂离子电池已经接近其理论能量密度的极限(～250Wh kg^-1)，无法满足储能领域对电池能量密度要求的快速增长，因此迫切需要开发具有更高能量密度的负极材料。

锂金属负极因其具有较高的理论容量(3860mAh g^-1)和较低的电极电势(-3.04Vvs.SHE)而成为负极材料的“圣杯”。用锂金属代替石墨负极后，LMO|Li电池(LMO是锂过渡金属氧化物)的质量能量密度可以达到～440Wh kg^-1。因此，锂负极是下一代电池最有潜力的负极之一。

然而金属锂的高反应活性会与电解液持续反应，进而导致表面SEI膜不断生成，从而降低了库伦效率；同时锂的不均匀沉积导致锂枝晶生长刺穿隔膜容易引发短路。因此，需要对锂负极的稳定性进行改善。

公开号为CN109004276A的专利文献中，采用锂盐、离子液体、无机物纳米颗粒和锂化处理的Nafion聚合物混合，制备成具有良好稳定性和离子电导率的锂负极保护膜，但是该方法需要的物料种类较多，工艺较复杂。公开号为CN109148826A的专利文献中，采用磁控溅射法在锂负极表面制备了LiF层，使其具有良好的锂离子电导率，但是该方法对设备要求较高，工艺复杂且难以大规模生产。公开号为CN110311093A的专利文献中，在锂负极表面引入石墨烯薄膜来减小界面阻抗，调控锂均匀形核，但是石墨烯缺少能与锂离子产生相互作用的官能团，因此，均匀锂离子沉积的作用较弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有界面纳米片保护层的锂负极及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种具有界面纳米片保护层的锂负极，包括锂负极基体，所述锂负极基体表面上覆有一层石墨相氮化碳纳米片界面层。

上述的锂负极，优选的，石墨相氮化碳纳米片在锂负极基体上的负载量为0.01-1mg cm^-2。

上述的锂负极，优选的，所述石墨相氮化碳纳米片界面层的厚度为1-10μm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的具有界面纳米片保护层的锂负极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨相氮化碳纳米片加入有机溶剂中进行分散，制备成浓度为0.1-10mgml^-1的石墨相氮化碳纳米片分散液；

(2)将石墨相氮化碳纳米片分散液滴涂在锂负极基体表面，待溶剂挥发后在锂负极表面形成石墨相氮化碳纳米片界面层，得到具有界面纳米片保护层的锂负极。

上述的制备方法，优选的，所述石墨相氮化碳纳米片是热聚合法制备的石墨相氮化碳纳米片，其厚度为1-50nm。