锂铜复合电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂铜复合电极及其制备方法和应用。所述的制备方法，其包括：1)在含铜的极片表面形成亲锂层；2)在所述亲锂层表面形成金属锂层，进而形成所述的锂铜复合电极。本发明专利技术提供的锂铜复合负极制备方法，工艺简单、可控性高且成本低廉；该方法对不同的亲锂金属采取了不同的复合方法，由于铜基底的存在，一方面使得充放电过程中电流能够均匀分布于负极中，能够有效地减少不均匀的锂沉积，抑制锂枝晶的生长，另一方面为负极提供了更加优异的机械性能、热稳定性和化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】
锂铜复合电极及其制备方法和应用
本专利技术特别涉及一种锂铜复合电极及其制备方法和应用，属于电池

技术介绍
近些年来，由于动力电池市场的迅猛发展，对于二次电池的能量密度要求越来越高，现有的石墨系锂金属负极已难以满足动力电池的要求，因此，对于高比容量的负极材料的研发已成为行业内的热点。而金属锂因其密度低(0.59g/cm3)、还原电势小(-3.04V)、理论比容量高(3860mAh/g)等优点被认为是理想的负极材料，例如现有的高能量密度锂二次电池锂硫电池、锂空电池均以锂金属为负极。但是其缺点也十分明显，在充放电过程中不均匀的锂沉积导致锂枝晶的产生，锂枝晶的生长可能会刺穿隔膜导致电池短路甚至爆炸；在充放电过程中，锂金属会出现明显的“体积效应”，导致电池的体积膨胀，给金属锂电池的安全性能带来隐患；同时，锂金属本身质软、较轻、十分活泼的特性为其大规模生产加工增加了难度。因此，对于高安全、长循环、易加工生产的金属锂负极研发已迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种锂铜复合电极及其制备方法和应用，进而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例一方面提供了一种锂铜复合电极的制备方法，其包括：1)在含铜的极片表面形成亲锂层；2)在所述亲锂层表面形成金属锂层，进而形成所述的锂铜复合电极。本专利技术实施例还提供了由所述的制备方法制备的锂铜复合电极。本专利技术实施例还提供了一种锂铜复合电极，其包括铜基底、形成在铜基底表面的亲锂层以及形成在亲锂层表面的金属锂层。本专利技术实施例还提供了所述的锂铜复合电极于制备二次电池中的应用。本专利技术实施例还提供了一种二次电池，所述的二次电池的负极为所述的锂铜复合电极。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提供的锂铜复合负极中铜基底能够有效地增加复合电极的机械性能、热稳定性和化学稳定性，提升金属锂的可加工性，降低生产成本；2)本专利技术提供的锂铜复合负极更加有利于电荷的均匀转移，有效地提高电流分布的均匀性，避免由于局部电流过大而产生锂枝晶的现象，提升电池的循环性能；3)本专利技术提供的锂铜复合负极以铜网作为铜基底，锂铜复合负极的多孔结构为循环过程中产生的过多的锂提供了更多的沉积空间，减小循环过程中的体积膨胀，提高电池的安全性能；4)由本专利技术提供的锂铜复合负极使得该复合电极能够有效地提高锂金属负极二次电池的较高性能、电化学性能和安全性能；5)本专利技术提供的锂铜复合负极制备方法，工艺简单、可控性高且成本低廉；该方法对不同的亲锂金属采取了不同的复合方法，由于铜基底的存在，一方面使得充放电过程中电流能够均匀分布于负极中，能够有效地减少不均匀的锂沉积，抑制锂枝晶的生长，另一方面为负极提供了更加优异的机械性能、热稳定性和化学稳定性。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案中一种锂铜复合负极的制备方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例1所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图；图3是根据本专利技术实施例2所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图；图4是根据本专利技术实施例3所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图；图5是根据本专利技术实施例4所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图；图6是根据本专利技术实施例5所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图；图7是根据本专利技术对比例1所获改性锂铜复合负极制备的二次电池的循环曲线图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例一方面提供了一种锂铜复合电极的制备方法，其包括：1)在含铜的极片表面形成亲锂层；2)在所述亲锂层表面形成金属锂层，进而形成所述的锂铜复合电极。进一步的，所述的亲锂层的材质包括亲锂化合物。进一步的，所述的亲锂化合物包括亲锂活泼金属化合物MxOy和亲锂非活泼金属化合物NxOy中的任意一种。进一步的，所述的M包括Zn、Sn中的任意一种，所述的N包括Ni、Mn、Co中的任意一种，但不限于此。在一些较为具体的实施方案中，步骤1)包括：将包含Cu与M的极片于氧气气氛、200-500℃条件下加热处理1-5h，进而在所述含铜的极片表面形成所述的亲锂层，所述的亲锂层为亲锂活泼金属化合物MxOy，所述包含Cu与M的极片为Cu与M形成的合金。在一些较为具体的实施方案中，步骤1)具体包括：将所述含铜的极片置于化学浸镀的反应液中，并于100～200℃下反应0.5～16h，将反应处理后的含铜的极片于保护性气氛、200～400℃条件下加热处理1～5h，进而在所述含铜的极片表面形成所述的亲锂层，所述的亲锂层为亲锂非活泼金属化合物NxOy，所述含铜的极片包括纯铜极片或者含铜的合金。在一些较为具体的实施方案中，所述步骤1)还包括：优选的，所述保护性气氛包括惰性气氛。在一些较为具体的实施方案中，所述的亲锂层为NiO2或NiO，形成所述NiO2或NiO采用的反应液包括含有0.05～0.2mol/LNiCl2、0.2～0.8mol/LCO(NH2)2的混合溶液；在一些较为具体的实施方案中，所述的亲锂层为MnO2，形成所述MnO2采用的反应液包括含有0.01～0.1mol/LMnSO4、0.01～0.1mol/LKMnO4、20～60mL去离子水的混合溶液。在一些较为具体的实施方案中，所述的亲锂层为CoO，形成所述CoO采用的反应液包括含有，0.1～0.5mol/LCo(NO3)2·6H2O与0.05～0.2mol/LCO(NH2)2的混合溶液。在一些较为具体的实施方案中，所述步骤2)包括：将熔融态的金属锂置于亲锂层表面，之后冷却30～60min，进而形成所述的金属锂层。在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法还包括：在步骤1)之前对所述含铜的极片进行清洗处理。优选的，所述的清洗处理包括：采用清洗剂对所述含铜的极片进行清洗，之后于50～100℃、真空条件下进行干燥处理。优选的，所述的清洗剂包括丙酮、乙醇和蒸馏水中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述含铜的极片为片状或网状结构。本专利技术实施例还提供了由所述的制备方法制备的锂铜复合电极。本专利技术实施例还提供了一种锂铜复合电极，其包括铜基底、形成在铜基底表面的亲锂层以及形成在亲锂层表面的金属锂层。进一步的，所述的亲锂层的材质包括亲锂化合物。进一步的，所述的亲锂化合物包括亲锂活泼金属化合物MxOy和亲锂非活泼金属化合物NxOy，所述的M包括Zn、Sn中的任意一种，所述的N包括Ni、Mn、Co中的任意一种，但不限于此。进一步的，所述的铜基底的材质包括纯铜或含铜的合金。进一步的，所述含铜的合金包括主要由Cu与M或N组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂铜复合电极的制备方法，其特征在于包括：/n1)在含铜的极片表面形成亲锂层；/n2)在所述亲锂层表面形成金属锂层，进而形成所述的锂铜复合电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂铜复合电极的制备方法，其特征在于包括：
1)在含铜的极片表面形成亲锂层；
2)在所述亲锂层表面形成金属锂层，进而形成所述的锂铜复合电极。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的亲锂层的材质包括亲锂化合物；和/或，所述的亲锂化合物包括亲锂活泼金属化合物MxOy和亲锂非活泼金属化合物NxOy中的任意一种；和/或，所述的M包括Zn、Sn中的任意一种，所述的N包括Ni、Mn、Co中的任意一种。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：将包含Cu与M的极片于氧气气氛、200～500℃条件下加热处理1～5h，进而在所述含铜的极片表面形成所述的亲锂层，所述的亲锂层为亲锂活泼金属化合物MxOy，所述包含Cu与M的极片为Cu与M形成的合金。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)具体包括：将所述含铜的极片置于化学浸镀的反应液中，并于100～200℃下反应0.5～16h，将反应处理后的含铜的极片于保护性气氛、200～400℃条件下加热处理1～5h，进而在所述含铜的极片表面形成所述的亲锂层，所述的亲锂层为亲锂非活泼金属化合物NxOy，所述含铜的极片包括纯铜或者含铜的合金；优选的，所述保护性气氛包括惰性气氛。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的亲锂层为NiO，形成所述NiO采用的反应液包括含有0.05～0.2mol/LNiCl2、0.2～0.8mol/LCO(NH2)2的混合溶液；和/或，所述的亲锂层为MnO2，形成所述MnO2采用的反应液包括含有0.01～0.1mol/LMnSO4、0.01～0.1mol/LKMnO4的混合溶液；和/或，所述的亲锂层为CoO，形成所述CoO采用的反应液包括含有0.1～0.5mol/LCo(N...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃钢，周飞，戎泽，何俊，徐文善，孙亢，汪利萍，张辉，周丽莎，
申请(专利权)人：安徽盟维新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34