[发明专利]一种超薄锂金属负极的制备方法

说明书

本发明提供一种超薄锂金属负极的制备方法，属于锂电池技术领域。本发明采用静电作用，直接在铜表面纺织一层电化学稳定的杂化亲锂纤维来实现稳定、均匀地锂沉积，坚固锂负极，并且具有抑制锂金属枝晶生长的作用；同时由于锂金属低的还原性以及电解液高的介电常数，通常会造成大部分锂负极保护材料会被还原，而本发明所提供的具有杂化亲锂纤维的锂金属负极具有抗还原性能力，在电化学过程中不会随着时间的推移而被消耗，能够长期稳定沉积超薄锂金属负极。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及锂金属负极的制备，具体涉及一种超薄锂金属负极的制备方法。

背景技术

超薄锂金属负极的制备研究是锂金属电池制备中的重要研究方向之一，将传统石墨、钛酸锂等负极材料替换为锂金属负极是未来提高能量密度的必经之路，但目前致密锂金属负极的厚度通常大于200μm，较厚的锂金属通常不能完全利用，进而会带来多余锂的浪费，因此，利用超薄锂金属代替商业锂离子电池的负极材料如石墨负极，钛酸锂负极等是目前的发展趋势。超薄锂金属负极通常制备的方法为采用电沉积的方式在铜箔表面沉积一层金属锂，但是在电沉积过程中，离子的电迁移速率通常和被还原的速率不匹配，导致锂离子在溶液中的迁移行为极大受迁移速率的影响，特别是在较大的沉积电流密度下(1mA/cm²)，较快的还原速率通常会造成溶液中的锂离子来不及补充集流体界面处的锂离子，导致集流体界面出现严重的离子真空区，使得出现不均匀的锂沉积，从而导致后续的锂枝晶生长，危害锂金属电池的安全性能。

为了制备超薄且均匀的锂金属负极，目前通常采用的策略是制备3D的集流体来做锂金属的寄主材料，这种集流体原理上是利用三维结构来增加比表面积，进而降低面电流密度，达到稳定的锂金属沉积。例如：Qi Li等人(Adv.Funct.Mater.2017,1606422)通过将3D多孔铜直接物理按压在锂金属负极界面来提高锂沉积的稳定性；Mengqi Zhu等人(Adv.En ergy Mater.2018,1703505)通过制备碳化的金属有机框架作为锂金属寄主材料来实现稳定的锂沉积。尽管这些方法可以实现稳定的锂对称测试，但是这类3D寄主材料在设计中会不可避免的拥有较大的比表面积，而大的比表面会导致更多沉积的锂暴露在液态电解液中，由于锂较低的还原电位，这些液态电解液会被锂所还原，使得电解液大量消耗；并且3D集流体受3D结构的垂直深度所控制，当沉积深度超过3D结构的垂直深度时，这类集流体将失去其本身的价值，进而在实际应用中存在很大的局限性。

另外一种典型制备锂金属负极的方法则是采用在电极液中添加一些金属离子或者其他无机物。例如Xin-Bing Cheng等人(Nat.Commun.,2017,8,336.)将纳米金刚石添加到电极液中，利用纳米金刚石吸附锂离子然后共沉积来实现锂金属的均匀沉积，但是该方法很大程度会受限于纳米金刚石在长时间电极液的静止中沉降，进而失去所涉及的悬浮性能。Xin-Bin g Cheng等人(Adv.Mater.2016,28,2888.)提出直接在铜集流体表面平铺一层玻璃纤维，利用玻璃纤维的多孔结构来改善锂离子的沉积行为，进而来改善锂沉积的性能。然而该方法的设计尽管在形貌上能够实现一定的均匀锂沉积，但是由于玻璃纤维价格昂贵，并且玻璃纤维在大面积制备方面具有很低的使用性，人工平铺厚度不可控，同时长期接触玻璃纤维会使接触频繁的人患结膜炎和角膜炎，因此在后续的商业进展中仍然存在局限性。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种超薄锂金属负极的制备方法。本发明采用静电作用，直接在铜表面纺织一层电化学稳定的杂化亲锂纤维来实现稳定、均匀地锂沉积，坚固锂负极，具有抑制锂金属枝晶生长的作用；同时由于锂金属低的还原性以及电解液高的介电常数通常会造成大部分锂负极保护材料会被还原，而本发明所提供的具有杂化亲锂纤维的锂金属负极具有抗还原性能力，在电化学过程中不会随着时间的推移而被消耗，能够长期稳定沉积超薄锂金属负极。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超薄锂金属负极的制备方法，包括以下步骤：