一种薄层金属锂基负极的制备方法技术

本发明专利技术涉及现代电池技术领域，具体公开了一种薄层金属锂基负极的制备方法，负极先以铜箔集流体作为基底，采用化学气相沉积法在铜箔集流体表面合成单层石墨烯薄膜，以此石墨烯/铜作为阴极与作为阳极锂源的富锂材料或锂盐组装成电解池，并注入电解液后密封，再以较低的电流密度进行电沉积，经过合适的反应时间后拆解电解池，即可在阴极部分得到镀有均匀薄层金属锂的锂基负极；采用本发明专利技术的方法，可以实现金属锂的均匀沉积，同时克服直接在铜集流体表面沉积锂导致的大量锂枝晶的生成，从而得到更安全稳定的锂负极材料来应用于锂一次和二次电池。

【技术实现步骤摘要】
一种薄层金属锂基负极的制备方法
本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种薄层金属锂基负极的制备方法。
技术介绍
随着近年来科学技术的进步和发展，智能手机、智能穿戴设备等一系列高科技电子产品大大方便了人们的生产生活，同时以特斯拉为代表的电动汽车也开始成为人们出行的一大选择。因此，也对其中承担供能作用的电池提出了更高的客观要求。传统的铅酸电池、锰锌电池等因其有限的容量和庞大的质量体积等，已经不适合应用于这些小型或者高功率的电气设备，取而代之的是高比能的锂电池的兴起。然而，市场上对设备的小型化、轻质化客观需求也推动着锂电池比能的不断提高和技术创新。相对于目前锂电池中的石墨负极而言，直接采用金属锂负极可以大大减薄、减轻电池的质量和体积，然而直接采用锂负极进行充电会产生锂枝晶，导致刺破隔膜，引发短路甚至爆炸等严重的安全性问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种解决金属基锂负极充电产生锂枝晶问题的制备方法，可制备得到均匀的薄层金属锂基负极。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种薄层金属锂基负极的制备方法，负极先以铜箔集流体作为基底，采用化学气相沉积法在铜箔集流体表面合成单层石墨烯薄膜，以此石墨烯/铜作为阴极与作为阳极锂源的富锂材料或锂盐组装成电解池，并注入电解液后密封，再以较低的电流密度进行电沉积，经过合适的反应时间后拆解电解池，即得到镀有均匀薄层金属锂的锂基负极。进一步，所述的石墨烯/铜合成步骤为：将铜箔裁成合适大小放入石英管中，在氩气、氢气混合氛围中用管式炉加热升温至1000℃左右，然后通入甲烷气进行石墨烯生长，经过30分钟左右后关闭甲烷气，开始降温，得到长有石墨烯薄膜的铜箔；所述的电沉积步骤为：在惰性气体手套箱中组装电解池，所述的电解液为含有1MLiPF6的质量比为1：1：1的EC/DMC/DEC混合液，封装在软包电池或者扣式电池中，然后进行恒流电镀。所述的一种薄层金属锂基负极的制备方法，其富锂材料为金属锂片；所述的锂盐为LiCoO2（钴酸锂）。所述的一种薄层金属锂基负极的制备方法，其金属锂片厚度不低于80μm，可以制备得到厚度达20μm的薄层金属锂负极。所述的一种薄层金属锂基负极的制备方法，采用表面抛光的金属铜箔，铜箔的表面粗糙度低于200nm。所述的一种薄层金属锂基负极的制备方法，使用电流密度低于1mA/cm2的恒流电进行镀锂。进一步，所述的电沉积电流密度为0.1-0.5mA/cm2。本专利技术的有益效果是：本专利技术制备方法以铜箔集流体为原材料，采用简单的化学气相沉积的方法在上面合成石墨烯，以此作为电沉积薄层金属锂的基底即可实现厚度均匀无明显枝晶的金属锂负极材料；采用本专利技术的方法，可以实现金属锂的均匀沉积，同时克服直接在铜集流体表面沉积锂导致的大量锂枝晶的生成，从而得到更安全稳定的锂负极材料来应用于锂一次和二次电池；通过对比拆解后有/无石墨烯铜箔的锂沉积结果，发现在石墨烯/铜箔基底上锂的沉积明显更均一，并且在电沉积时石墨烯/铜箔表面更低的超电势也能证明锂更易沉积。附图说明图1为有/无石墨烯的铜箔表面锂电沉积后拆解图片对比；图2为有/无石墨烯的铜箔表面锂电沉积时电压曲线对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1图1为有/无石墨烯的铜箔表面锂电沉积后拆解图片对比：(a)无石墨烯铜箔表面白色金属锂沉积很少且不均匀；（b）石墨烯/铜箔表面白色金属锂沉积量大且均匀。图2为有/无石墨烯的铜箔表面锂电沉积时电压曲线对比图：石墨烯/铜箔的电压曲线更平滑稳定地升高，且有更低的超电势，说明电沉积锂更均匀稳定将铜箔裁成合适大小放入石英管中，在氩气、氢气混合氛围中用管式炉加热升温至1000℃附近，之后通入甲烷气进行石墨烯生长，经过30分钟后关闭甲烷气，开始降温，得到长有石墨烯薄膜的铜箔。之后在惰性气体手套箱中组装电解池，以石墨烯/铜箔为阴极，80μm锂片作为阳极，电解液为含有1MLiPF6的质量比为1：1：1的EC/DMC/DEC混合液，封装在软包电池或者扣式电池中。然后进行恒流电沉积。最佳方案如下：采用表面抛光的铜箔，以80μm的锂片作为阳极进行电沉积，电解液为含有1MLiPF6的质量比为1：1：1的EC/DMC/DEC混合液，电沉积时的电流密度为0.1-0.5mA/cm2。上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄层金属锂基负极的制备方法，其特征在于：先以铜箔集流体作为基底，采用化学气相沉积法在铜箔集流体表面合成单层石墨烯薄膜，以此石墨烯/铜作为阴极与作为阳极的富锂材料或锂盐组装成电解池，并注入电解液后密封，再以较低的电流密度进行电沉积，经过合适的反应时间后拆解电解池，即得到薄层金属锂基负极。

【技术特征摘要】
1.一种薄层金属锂基负极的制备方法，其特征在于：先以铜箔集流体作为基底，采用化学气相沉积法在铜箔集流体表面合成单层石墨烯薄膜，以此石墨烯/铜作为阴极与作为阳极的富锂材料或锂盐组装成电解池，并注入电解液后密封，再以较低的电流密度进行电沉积，经过合适的反应时间后拆解电解池，即得到薄层金属锂基负极。2.根据权利要求1所述的一种薄层金属锂基负极的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯/铜合成步骤为：将铜箔裁成合适大小放入石英管中，在氩气、氢气混合氛围中用管式炉加热升温至1000℃左右，然后通入甲烷气进行石墨烯生长，经过30分钟左右关闭甲烷气，开始降温，得到长有石墨烯薄膜的铜箔；所述的电沉积步骤为：在惰性气体手套箱中组装电解池，所述的电解液为含有1MLiPF6的质量比为1：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴睿哲，程冰冰，李正，陈大鹏，田文增，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42