[发明专利]一种集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种集流体及其制备方法和应用。所述集流体包括多孔金属，所述多孔金属的孔壁表面依次层叠设置离子导通层和亲锂层。本发明提供了一种多孔集流体，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。

技术领域

本发明属于固态电池的技术领域，涉及一种集流体及其制备方法和应用，尤其涉及一种锂金属负极用集流体及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着智能手机、平板电脑、电动汽车等电器产品对高能量密度和高安全性化学电源的需求，商用的以石墨为负极的锂离子二次的电池的能量密度发展空间有限，几乎达到极限值。锂二次电池中，金属锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的比容量(3860mAh/g)，能满足电极材料高能量密度的要求；然而，当采用金属锂为负极时，锂二次电池的循环寿命受限于金属锂负极：金属锂负极在循环过程中，在金属锂表面会形成枝晶，一方面枝晶会与电解液接触消耗电解液导致电池失效，另一方面金属锂的消耗，导致负极的库伦效率低，而且，锂枝晶可能会刺穿隔膜导致电池内部短路，引发电池安全问题。此外，目前锂离子二次电池使用的有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使传统的锂离子电池的发展受限制，而全固态电池能解决上述安全隐患问题，因此以锂为负极的全固态电池成为研究的热点。

CN107293754A公开了一种锂金属电池用负极多孔铜集流体的制备方法，至少包括如下步骤：第一步，用溶剂清洗Cu-X合金片的表面，以除去Cu-X合金片表面的杂质；第二步，配制酸溶液；第三步，在电化学工作站上，使用三电极体系，用铂或镍作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Cu-X合金片作为工作电极，用第二步得到的酸溶液作为电解液，采用线性扫描循环伏安法从0-1V 至不同截止电压，扫描不同圈数，得到多孔铜集流体。

CN105009330A公开了一种锂电极和包含其的锂二次电池，更具体而言，涉及包含多孔金属集流体及嵌入金属集流体上形成的孔中的锂金属的锂电极，并且涉及包含所述锂电极的锂二次电池。

上述该文献中存在一些问题，如：锂金属不能完全进入到集流体的孔隙中，孔隙利用率较低；由于Cu的亲锂性差，导致孔隙内的锂金属和铜之间容易产生接触不良，局部电流过大，会在电流过大位置优先生成锂枝晶，垂直生长的锂枝晶有可能刺穿隔膜，导致电池短路；锂枝晶生长产生的局部内应力破坏集流体，导致电池性能的衰减或安全性问题；上述文献锂金属电极在充放电过程中的体积膨胀难以被抑制，可能导致负极材料粉化从集流体脱落，导致一系列诸如使用寿命或安全性相关问题。

因此，当固态电池中以锂金属为负极时，如何解决锂金属充放电过程中的膨胀导致的锂枝晶，提高电池的安全性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集流体及其制备方法和应用。本发明提供了一种多孔集流体，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地 浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种集流体，所述集流体包括多孔金属，所述多孔金属的孔壁表面依次层叠设置离子导通层和亲锂层。