The invention relates to a composite metal lithium negative electrode with a lithium-carbon composite interface layer and a preparation method thereof, belonging to the technical field of secondary batteries. The outer surface of the carbon skeleton material of the composite metal lithium negative electrode is coated with a lithium-carbon composite interface layer. The structure of the composite interface layer is a lithium-carbon intercalation structure formed by the insertion of metal lithium atoms into the carbon skeleton material interlayer. The formation method is as follows: the lithium metal is pressed into the pore of the carbon skeleton material under pressure, and a conductive and lithium-carbon composite interface layer is formed on the surface of the carbon skeleton material after a certain time of activation due to adsorption or embedding. The preparation method of the invention is simple and feasible, and the distribution and thickness of the lithium-carbon composite interface layer generated in the carbon skeleton material are very uniform. The interfacial layer can effectively improve the volume expansion of lithium metal anode in the cycle process and improve the cycle life of the battery.
【技术实现步骤摘要】
一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极及其制备方法
本专利技术涉及一种二次电池中具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极及其制备方法,产生锂碳复合界面层,属于二次电池
技术介绍
由于便携式电子设备,电动汽车和电网规模储能的快速发展,高能量密度电池备受关注。尽管基于石墨负极的锂离子电池系统取得了巨大成功,但相对较低的理论能量密度限制了其作为下一代便携式电源的进一步应用。相对于石墨负极,金属锂具有极高的比容量(3860mAhg-1)和极低的还原电位(相对于标准氢电极为-3.040V),因此其推动了金属锂电池的潜在应用。然而,金属锂电极的广泛应用受到多方面挑战的严重阻碍,例如不受控制的枝晶状、粉末状锂的产生以及在沉积脱除过程中锂负极产生的较大体积膨胀。这些金属锂负极固有的缺点显着降低了电池的循环寿命,甚至导致灾难性的安全问题。目前,学术界和工业界已经提出了许多策略来解决这些问题,如通过加入界面稳定剂或引入固态电解质来延长金属锂电池的寿命。然而,当提高电流密度和增大循环容量后,无骨架的金属锂负极体积变化十分明显,导致负极侧的固态电解质膜(SEI)失效。三维(3D)骨架由于其独特的表面化学特性和互联通结构,锂沉积和脱除行为将得到有效调节。因此,具有3D骨架的结构化复合金属锂负极被认为是解决金属锂体积变化和锂枝晶问题的有效途径。近期,在金属锂3D骨架的设计方面取得了巨大的进步。具有亲锂位点的3D骨架,例如空心碳纳米球,MXene,N掺杂石墨烯和富边缘结构的石墨烯可以调节锂的成核和均匀沉积。由于碳材料具有质量轻和可控的表面化学性质等特点而经常用于骨架材料。然而,这些 ...
【技术保护点】
1.一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极,该复合金属锂负极含有金属锂和碳骨架材料,其特征在于:在碳骨架材料的外表面包覆有一层锂碳复合界面层,该复合界面层的结构为金属锂原子插入到碳骨架材料层间中形成的锂碳插层结构,其厚度为200‑1100nm。
【技术特征摘要】
1.一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极,该复合金属锂负极含有金属锂和碳骨架材料,其特征在于:在碳骨架材料的外表面包覆有一层锂碳复合界面层,该复合界面层的结构为金属锂原子插入到碳骨架材料层间中形成的锂碳插层结构,其厚度为200-1100nm。2.根据权利要求1所述的一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极,其特征在于:所述的碳骨架材料包括石墨粉、碳纤维、石墨烯、碳纳米管和科琴黑中的一种或多种,或者是以蔗糖、棉花和蒽中的一种或几种作为前驱体经碳化所得到的碳骨架材料一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极,其特征在于:所述的金属锂采用厚度5-1000μm的锂带或锂片。4.一种如权利要求1、2或3所述的一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极的制备方法,其特征在于该方法包括如下步骤:1)碳骨架材料的预处理:将碳骨架材料除水后与金属锂进行贴合或粘附;2)将贴合或粘附碳骨架材料...
【专利技术属性】
技术研发人员:张强,石鹏,李滔,程新兵,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。