[发明专利]基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法

说明书

本发明属于锂电池负极领域，并具体公开了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法，包括如下步骤：通过氧化锑锡对碳框架进行改性，得到改性碳框架；使金属锂与改性碳框架结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。本发明通过氧化锑锡对碳框架进行改性，氧化锑锡易吸附在碳框架表面，其能够提高金属锂与碳框架间的润湿性，进而使金属锂与改性碳框架能够紧密结合，得到稳定的锂金属复合负极，工艺简单环保、无需后续热处理，且设备要求低、成本低，易于大批量生产。

技术领域

本发明属于锂电池负极领域，更具体地，涉及一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法。

背景技术

金属锂负极具有高理论容量(高达3860mAh/g)和最低电化学电势(-3.040V，相对于标准氢电极)，能够满足人类对高能量密度锂电池的要求。但是，金属锂负极存在着枝晶生长、高反应活性、巨大体积膨胀等问题。以导电的碳材料作为锂负极的框架能够有效容纳金属锂的沉积、抑制金属锂体积膨胀，从而提高电池的综合性能，然而金属锂与碳材料的浸润性差，熔融的金属锂很难直接复合在碳框架上。

目前，碳框架/金属锂复合负极的制备方法主要有电化学沉积法和熔融金属锂灌入法。采用电化学沉积法，锂的初始沉积难以控制，易出现锂沉积不均匀的现象，且需要通过制备“牺牲电池”进行预循环来预沉积金属锂，预沉积完成后将“牺牲电池”拆卸并抛弃，这个过程会造成人工和成本的大量浪费。而熔融金属锂灌入法制备工艺简单、易于操作、无需“牺牲电池”，且金属锂在框架中分布均匀，但金属锂与碳框架间的润湿性差，需要对碳框架表面进行改性。碳框架表面的改性方法主要有电镀法和化学气相沉积法。但这些改性方法还存在着一些不足之处，如对设备要求高，制备成本高，需要进行后续热处理，或使用有毒有害的有机物等，这些缺点在很大程度上限制了碳框架/锂复合负极的制备及其应用。因此，亟需一种价格低廉的、对环境友好的、简单易操作的碳框架/锂复合负极及其制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极及其制备方法，其目的在于，对碳框架进行改性，使金属锂与改性碳框架能够紧密结合，得到稳定的锂金属复合负极，且工艺简单、对环境友好。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极制备方法，包括如下步骤：

通过氧化锑锡对碳框架进行改性，得到改性碳框架；使金属锂与改性碳框架结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。

作为进一步优选的，将氧化锑锡粉末分散于溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液，将该氧化锑锡悬浊液滴加在碳框架上，使氧化锑锡物理吸附在碳框架上，得到改性碳框架。

作为进一步优选的，氧化锑锡粉末的粒径为5nm～500nm。

作为进一步优选的，氧化锑锡粉末的粒径为20nm～200nm。

作为进一步优选的，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的5wt％～80wt％。

作为进一步优选的，改性碳框架中，氧化锑锡占改性碳框架质量的20wt％～40wt％。

作为进一步优选的，将氧化锑锡粉末超声分散在水或乙醇溶剂中，得到氧化锑锡悬浊液。

作为进一步优选的，将熔融的金属锂与改性碳框架直接接触，通过虹吸效应将金属锂吸入改性碳框架中，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。

作为进一步优选的，将熔融的金属锂滴加到改性碳框架中，金属锂与改性碳框架表面的氧化锑锡发生氧化还原反应，从而使金属锂与改性碳框架紧密结合，得到基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极。

作为进一步优选的，按照本发明的另一方面，提供了一种基于氧化锑锡改性碳框架的锂金属复合负极，其采用上述制备方法制备得到。