[发明专利]一种无负极锂电池负极集流体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种无负极锂电池负极集流体及其制备方法与应用，属于锂电池技术领域。本发明所述无负极锂电池负极集流体包括铜箔和铜箔表面原位生成的银纳米材料。并通过以下方法制备得到：对铜箔进行氧化处理使铜箔表面原位生成CuO；对氧化处理后的铜箔加热处理，使得CuO热分解为Cu₂O；将加热处理后的铜箔浸泡至银源溶液中，利用湿化学法在铜箔表面原位制得银纳米材料，即所述负极集流体。本发明通过在铜箔上原位生成亲锂银纳米线，可以诱导锂离子均匀沉积在集流体表面，进一步抑制锂支晶的产生，从而提升锂电池的安全性能和寿命。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指一种无负极锂电池负极集流体及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的发展和进步，锂离子电池的能量密度已经不能满足人们生产和生活的需要，因此需要寻求具有更高能量密度的电池技术。传统锂离子电池中的石墨负极的理论比容量只有372mAh/g，而锂金属负极的理论比容量高达3860mAh/g，此外，锂金属还具有较低的密度(0.59g/cm³)和较低的电化学电势(-3.04V vs.标准氢电势)。因此锂金属电池被认为是最有希望替代锂离子电池的新型电池技术。

为了实现更高能量密度的锂金属电池，不含锂金属的无负极锂电池代表了锂金属电池领域的最先进技术之一。在电池的首次充电过程中，来自正极的锂被沉积在负极集流体上。然而由于商用铜箔的疏锂性质，铜和锂之间的相互作用很弱，这将导致不均匀的锂沉积。不可控的锂沉积会形成枝晶，恶化性能，并导致安全隐患。

现有技术中，通过以下方法解决锂金属电池形成枝晶的技术问题：1，通过在金属箔表面涂覆银复合材料进行沉锂，或通过负极基底中涂布金属银抑制金属锂枝晶的生长，该类方法材料只能应用涂覆、溅射、涂布的方式实现，这样必然导致极片重量和厚度的增加，不利于能力密度的提升；同时涂覆需要匀浆，易引入杂质且复杂；成本也大幅上升；普通金属银无诱导作用，起不到锂均匀沉积的诱导作用。2，通过模板将金属纳米线转移至锂箔表面，该类制备方法步骤复杂，无法真正做到锂的均匀沉积，因此能量密度提升受限，且制备所得材料不能直接用于无负极锂电池。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无负极锂电池负极集流体及其制备方法与应用。本发明通过铜箔上原位生成亲锂银纳米线，利用其对锂离子具有较强亲和性能，在锂离子沉积负极集流体过程中，原位生成的银纳米线可诱导锂离子均匀沉积在铜箔表面，有效阻止了锂支晶的产生，使得锂离子的沉淀的均一性进一步得到增强，从而提升电芯安全性能及能量密度。

本发明的第一个目的在于提供一种无负极锂电池的负极集流体，包括铜箔和铜箔表面原位生成的银纳米材料。

在本发明的一个实施例中，所述铜箔的厚度为4um～10um。进一步的，优选为5um～10um；进一步的，优选为6um～10um；进一步的，优选为7um～10um；进一步的，优选为5um～8um；进一步的，优选为6um～8um。例如：4um～5um、5um～6um、6um～7um、7um～8um、8um～9um、9um～10um。

在本发明的一个实施例中，所述银纳米材料为银纳米线、银纳米纤维和银纳米颗粒中的一种或多种。进一步的，优选为银纳米线。

在本发明的一个实施例中，所述银纳米材料为银纳米线，符合以下条件：

所述银纳米线长度为5um～300um；所述银纳米线直径为20nm～500nm。

进一步的，所述银纳米线长度为5um～200um；所述银纳米线直径为50nm～200nm。进一步的，所述银纳米线长度为10um～100um，20um～100um，100um～200um；所述银纳米线直径为50nm～100nm,100nm～200nm，300nm～400nm，400nm～500nm。

本发明的第二个目的在于提供所述的负极集流体的制备方法，包括以下步骤：