[发明专利]一种复合锂金属负极及其制备方法与锂金属电池

说明书

本发明公开一种复合锂金属负极及其制备方法与锂金属电池，复合锂金属负极的制备方法，包括步骤：提供三维多孔碳基衬底及锌盐溶液；在第一预设温度下，将氮源及三维多孔碳基衬底加入到锌盐溶液中；将三维多孔碳基衬底浸泡第一预设时间后取出，进行烘干，然后进行退火处理，得到氮掺杂氧化锌负载的三维多孔碳基衬底；将氮掺杂氧化锌负载的三维多孔碳基衬底浸入在熔融的金属锂中，得到所述复合锂金属负极。本发明制备得到的复合锂金属负极能够降低锂沉积和溶解过程中的巨大体积变化、抑制锂枝晶的生长，提升电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂金属电池领域，尤其涉及一种复合锂金属负极及其制备方法与锂金属电池。

背景技术

金属锂由于具有超高的理论比容量(3860mAh·g^-1)和最低的负极电化学沉积电位(-3.04V vs.标准氢电极)，被认为是最具有潜力的负极材料之一，并被视为电池负极的“圣杯”，获得了广泛的研究关注。此外，为了与高容量无锂正极及固态电解质相匹配，对含金属锂的负极的追求将成为下一代高能电池发展的必然。但是现有研究结果表明：在液态电解液中，金属锂负极会不可避免地形成锂枝晶，发生体积膨胀及一些副反应，这导致电池循环库伦效率的降低、电池寿命的缩短，而且锂枝晶的形成还会刺穿隔膜引发短路进而导致热失控及爆炸的危险。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

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复合锂金属负极及其制备方法与锂金属电池，旨在解决现有锂金属负极容易形成锂枝晶、发生体积膨胀的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种复合锂金属负极的制备方法，其中，包括步骤：

提供三维多孔碳基衬底及锌盐溶液；

在第一预设温度下，将氮源及所述三维多孔碳基衬底加入到所述锌盐溶液中；

将所述三维多孔碳基衬底浸泡第一预设时间后取出，进行烘干，然后进行退火处理，得到氮掺杂氧化锌负载的三维多孔碳基衬底；

将所述氮掺杂氧化锌负载的三维多孔碳基衬底浸入在熔融的金属锂中，得到所述复合锂金属负极。

可选地，所述三维多孔碳基衬底选自碳纤维布、碳纸、碳纳米管纤维布、泡沫碳中的至少一种。

可选地，所述将氮源及所述三维多孔碳基衬底加入到所述锌盐溶液中的步骤具体包括：

将氮源、碱性调节剂及所述三维多孔碳基衬底加入到所述锌盐溶液中。

可选地，

所述锌盐选自乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌、碳酸锌中的至少一种；

和/或，所述氮源选自硫脲、尿素、乙酸铵中的至少一种；

和/或，所述碱性调节剂选自氨水、碳酸二氢铵、碳酸氢铵中的至少一种。

可选地，所述第一预设温度为55-80℃，所述第一预设时间为2-12h。

可选地，所述烘干为真空烘干，所述真空烘干的温度为50-110℃，所述真空烘干的时间为2-15h。

可选地，所述退火处理的温度为500-800℃，所述退火处理的时间为0.5-3h，所述退火处理的气氛为空气、氮气、氩气中的一种。

可选地，所述熔融的金属锂的制备方法包括步骤：

在O₂浓度0.1ppm、H₂O浓度0.1ppm的条件下，将金属锂在180-400℃的温度下加热直至得到熔融的金属锂。

本发明的第二方面，提供一种复合锂金属负极，其中，采用本发明如上所述的制备方法制备得到。