[发明专利]一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极

说明书

本发明公开一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极。所述集流体包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。在本发明中，集流体表面的聚电解质中的阳离子或阴离子具有静电屏蔽作用，使得锂离子通量分布均匀，同时也可以提高电解液的浸润性，从而在电解液中实现锂均匀致密的沉积，得到稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度和循环稳定性。此外，本发明操作简单，极易重复均匀化制备，容易实现超薄锂箔材的构筑，避免锂的过量使用。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极。

背景技术

锂金属在有机电解质中热力学不稳定，在锂金属和电解质之间形成钝化固体电解质界面层(SEI)。在电沉积过程中，由于基底表面的电场分布不均匀，导致锂离子通量分布不均匀，从而造成锂局域化的不均匀沉积，导致脆弱的SEI断裂，新暴露的锂也消耗大量的电解质，导致电解质干涸，死锂的积累，低库仑效率(CE)，最终电池失效。因此，常常采用以下方式缓解在沉积/溶解过程中的体积膨胀和锂的利用率。

其中一种方式：通过真空溅射的方式在集流体表面溅射一层亲锂性的物质，如金，银，氧化锌等材料。但是这些材料价格昂贵，增加了电池的成本，且需要复杂的制备工艺，不利于工艺放大，且金属的材料无疑增加了电池非活性物质占比，从而降低电池整体的能量密度。另一种方式：通过在电解液中添加昂贵的不参与SEI膜形成的Cs离子来形成静电屏蔽的效果，以实现锂的致密沉积，但是这种盐类价格昂贵，且对电解液的溶剂化结构造成影响，不利于电解液的稳定存储。此外通过溅射的方案无法对三维基底进行完全的修饰，无法精准设计亲锂区域，无法实现均匀化操作，且价格昂贵，所需设备仪器需要高真空环境，不利于对集流体进行操作。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极，旨在通过采用本发明的集流体，能够在常规电解液中实现锂的均匀致密沉积，形成稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种具有静电屏蔽作用的集流体，其中，包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。

可选地，所述基底为二维基底或三维基底，所述二维基底选自锂箔、铜箔、碳纸中的一种，所述三维基底选自泡沫铜、泡沫镍、铁网、不锈钢网、钛网、钼网、碳膜、碳布、碳毡中的一种。

可选地，所述聚阳离子电解质选自聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。

可选地，所述聚阴离子电解质选自全氟磺酸、聚丙烯酸、海藻酸、马来酸丙烯酸共聚物、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子表面活性剂、阴离子树脂、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯、乙炔、磺化聚乙烯醇、磺化聚碳酸酯、磺化聚芳烃、磺化聚醚砜、磺化聚芳醚砜、磺化联苯聚醚醚砜、磺化聚砜、磺化聚苯并咪(噻)唑、磺化聚芳醚、磺化聚苯醚中的一种或多种。

可选地，所述聚电解质层的厚度为100nm～2μm。

本发明的第二方面，提供一种本发明所述的具有静电屏蔽作用的集流体的制备方法，其中，包括步骤：

提供基底和聚电解质溶液；

将所述基底置于所述聚电解质溶液中，浸泡预设时间，得到聚电解质层修饰的基底，即得到所述集流体。

可选地，所述聚电解质溶液由聚电解质溶解于极性溶剂中配制得到，所述聚电解质溶液的浓度为0.05～0.5mol/L。

可选地，所述极性溶剂选自水、甲酰胺、乙腈、甲醇、乙醇中的一种或多种。