[发明专利]一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用

说明书

本发明公开一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用，该制备方法通过将线状铜表面部分氧化以改善锂和铜的界面亲和性，使得熔融锂可以均匀负载于线状铜表面；再将熔融锂负载于柔性的线状铜基底上，可显著提高锂丝的机械强度、循环稳定性和柔性。线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，内层线状铜具有优异的导电性和机械性能，有利于提高锂负极长轴方向电子传输效率，作为锂载体能够为锂沉积提供稳固的导电骨架，有效缓解体积膨胀并维持界面稳定性，改善金属锂丝的抗弯曲疲劳特性。将该线状复合金属锂负极用作在纤维锂电池、纤维锂硫电池和纤维锂空气电池中时，可有效改善电化学活性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池与纤维材料技术领域，尤其是一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用。

背景技术

纤维电池是柔性可穿戴电子器件中不可缺少的重要组成部分，近年来受到了广泛关注和研究。通过文献资料和专利技术调研，发现当前的纤维电池主要为纤维锂离子电池，即正、负极分别为钴酸锂、石墨等脱嵌锂机制的纤维电极，其理论和实际能量密度较低，难以满足柔性可穿戴电子器件的持久电能供应。

锂金属负极因其极高理论容量、低电化学电势，以及良好的柔性等特点，被视为是匹配可穿戴电子器件的首选高能量器件。迄今为止，关于线状锂金属电池的研究极少，且大部分采用纯金属锂线作为负极，会导致两个问题：一，锂枝晶生长导致电池循环稳定性差。二，纯锂线屈服强度低(1MPa)，在弯曲下易发生弯曲疲劳断裂，影响电池稳定性。

发明内容

本发明提供一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用，用于克服现有技术中电池循环稳定性差、弯曲下易发生弯曲疲劳断裂等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种线状复合金属锂负极的制备方法，包括以下步骤：

S1：在氧化性气氛下对线状铜进行加热处理，得到表面氧化的线状铜；

S2：在无水无氧条件下，将金属锂加热熔融成液态，再将所述表面氧化的线状铜浸入液态金属锂中使液态金属锂与线状铜复合形成线状复合金属锂负极。

为实现上述目的，本发明还提出一种线状复合金属锂负极，由上述所述制备方法制备得到；所述线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，所述金属锂负载于所述线状铜表面。

为实现上述目的，本发明还提出一种线状复合金属锂负极的应用，将上述所述制备方法制备得到的线状复合金属锂负极或者上述所述线状复合金属锂负极应用在锂金属纤维电池、锂硫纤维电池和锂空气纤维电池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的线状复合金属锂负极的制备方法通过将线状铜表面部分氧化以改善锂和铜的界面亲和性，使得熔融锂可以均匀负载于线状铜表面；再将熔融锂负载于柔性的线状铜基底上，可显著提高锂丝的机械强度、循环稳定性和柔性。

2、本发明提供的线状复合金属锂负极的制备方法简单方便，仅包括线状铜氧化和熔融锂复合两步，有利于大规模制备线状金属锂负极。

3、本发明提供的线状复合金属锂负极相比于纯金属锂丝，其表面锂层的厚度易于调控，锂线密度远低于纯金属锂丝，可有效提高金属锂的利用率。

4、本发明提供的线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，内层线状铜具有优异的导电性和机械性能，有利于提高锂负极长轴方向电子传输效率，作为锂载体能够为锂沉积提供稳固的导电骨架，有效缓解体积膨胀并维持界面稳定性，改善金属锂丝的抗弯曲疲劳特性。将该线状复合金属锂负极用作在纤维锂电池、纤维锂硫电池和纤维锂空气电池中时，可有效改善电化学活性和循环稳定性。

附图说明