一种集流体改性方法、改性集流体及其应用技术

本发明专利技术提供了一种集流体改性方法、改性集流体及其应用，所述方法包括，将所述金属氧化物粉末与碱金属氨基盐混合，在保护气体条件下，加热至280

【技术实现步骤摘要】
一种集流体改性方法、改性集流体及其应用


[0001]本专利技术属于锂金属电池中集流体改性研究
，尤其涉及一种集流体改性方法、改性集流体及应用。

技术介绍

[0002]集流体是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔，也可以使泡沫金属，比如泡沫铜、泡沫镍和泡沫铁，而集流体作为离子电池中正负极所用的箔材，对其进行改性可以提高锂电池的性能，因此对其改性有望助力锂金属电池的蓬勃发展，具有商业前景。因而近年来，通过构造三维宿主结构来抑制枝晶的方法受到了广泛关注。然而，三维金属宿主结构由于表面亲锂性较差因而仍然面临着不均匀锂沉积与枝晶生长等问题。在表面构筑亲锂层能够有效提高其亲锂性。
[0003]崔等人将3D氧化聚丙烯腈纳米纤维网络放置在收集器的表面上。具有极性表面官能团的聚合物纤维可以诱导锂在聚合物纤维表面和3D聚合物层中形成均匀的锂沉积物，这显示了锂金属阳极的稳定循环。宋等人利用水热法将泡沫镍转化为三维氮掺杂石墨烯/泡沫镍支架，改善了泡沫镍骨架的锂亲性，并增大了泡沫镍骨架的比表面积。然而，纵观集流体改性的研究，不难发现其改性及制备过程是很昂贵的。专利文献CN109411764a中提出了一种氮化镍
‑
泡沫镍复合锂金属负极集流体，在锂沉积初期，氮化镍与锂之间的转化反应不仅大大提高了泡沫镍表面的亲锂性，形成的Li3N中间还具有较高的锂离子电导率，为锂的进一步均匀沉积提供了有利条件。然而，基于等离子体处理形成的氮化镍制备工艺复杂且没有规整的结构，无法从结构上修饰局部不规则的泡沫镍骨架。
[0004]因此，现在亟需一种方法简单，成本低廉，兼具改性集流体使锂电池具有良好使用性能的集流体改性方法。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中集流体改性成本高的技术问题，本专利技术提供了一种集流体改性方法、改性集流体及其应用，其方法简单，成本低廉，同时改性集流体使锂电池具有长的循环使用寿命和低阻抗性能。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种集流体改性方法，所述方法包括，
[0007]将所述金属氧化物粉末与碱金属氨基盐混合，在保护气体条件下，加热至280
‑
350℃的温度并保温3
‑
6h的时间，以进行氮化反应，获得金属氮化物；
[0008]将所述的金属氮化物配置成悬浊液；
[0009]将泡沫金属集流体置入金属氮化物配置成的所述悬浊液中，在所述氮化反应所用保护气体或真空条件下，加热至50
‑
80℃的温度并保持10
‑
20min的时间，以使金属氮化物负载于所述泡沫金属上，完成集流体改性。
[0010]进一步地，所述氮化反应过程中，加热速率为2
‑
10℃/min。
[0011]进一步地，所述泡沫金属的直径为12
‑
16mm，所述泡沫金属的孔径为0.3
‑
0.8mm，所
述泡沫镍的厚度为1
‑
1.5mm。
[0012]进一步地，所述泡沫金属为如下任意一种：泡沫铁、泡沫镍、泡沫铜；所述金属氧化物为如下任意一种：四氧化三铁、三氧化二铁、二氧化锰。
[0013]进一步地，所述氧化铁粉末与所述碱金属氨基盐的摩尔比为1:1
‑
5。
[0014]进一步地，所述碱金属氨基盐为如下任意一种：氨基钠、氨基锂。
[0015]进一步地，所述悬浊液的固含量为10
‑
30mg
·
mL
‑1。
[0016]进一步地，所述悬浊液中的液体为如下任意一种：乙醇、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、1,3
‑
二氧戊环、乙二醇二甲醚。
[0017]进一步地，所述保护气体为如下任意一种：氮气、氦气、氩气。
[0018]另一方面，本专利技术还提供了一种金属氮化物改性集流体，所述金属氮化物改性集流体由上述的集流体改性方法获得。
[0019]再一方面，本专利技术还提供了一种金属氮化物改性集流体的应用，将所述金属氮化物改性集流体应用于锂电池中。
[0020]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]本专利技术提供了一种集流体改性方法、改性集流体及其应用，通过金属氧化物与碱金属氨基盐低温合成金属氮化物，进一步将其分散于液体中，再经由蒸发法使金属氮化物在泡沫金属表面均匀负载金属氮化物纳米颗粒，由于集流体上负载的金属氮化物能够为锂的成核和沉积提供了活性位点，抑制了锂枝晶的生长，使锂可以均匀沉积，在库伦效率测试中，具有更长的循环使用寿命；相较于未经改性的泡沫金属，金属氮化物拥有更低的电子转移势垒和离子迁移能垒，因此负载金属氮化物的泡沫金属拥有更高的离子电导率和电子电导率；此外，它在电池循环过程中又能生成高离子电导率、低电子电导率的氮化锂，有利于锂离子的扩散和迁移，所以负载有金属氮化物的泡沫金属作为集流体，在电化学阻抗测试中，界面阻抗更小。本专利技术提供的金属氮化物改性集流体在库伦效率测试中，循环寿命为155
‑
280圈，拟合阻抗为21
‑
33Ω，循环寿命长，阻抗低，具有良好的性能；且本专利技术的方法简单，原料成本低廉，易于商业推广。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0023]图1为实施例2提供的氮化亚铁的XRD图谱；
[0024]图2为实施例2的氮化亚铁改性集流体在电池循环10圈之后的SEM图；
[0025]图3为实施例3的氮化亚铁改性集流体在电池循环10圈之后的SEM图；
[0026]图4为实施例3制得的氮化亚铁改性泡沫铜和所用原料泡沫铜分别与锂片组装成半电池的库伦效率对比图；
[0027]图5为实施例6制得的氮化亚铁改性泡沫铜和所用原料泡沫铜分别与锂片组装成半电池的库伦效率对比图；
[0028]图6为实施例3的改性集流体和未改性集流体的对称电池循环图。
具体实施方式
[0029]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0030]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0031]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0032]需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集流体改性方法，其特征在于，所述方法包括，将所述金属氧化物粉末与碱金属氨基盐混合，在保护气体条件下，加热至280
‑
350℃的温度并保温3
‑
6h的时间，以进行氮化反应，获得金属氮化物；将所述的金属氮化物配置成悬浊液；将泡沫金属集流体置入金属氮化物配置成的所述悬浊液中，在所述氮化反应所用保护气体或真空条件下，加热至50
‑
80℃的温度并保持10
‑
20min的时间，以使金属氮化物负载于所述泡沫金属上，完成集流体改性。2.根据权利要求1所述的一种集流体改性制备方法，其特征在于，所述氮化反应过程中，加热速率为2
‑
10℃
·
min
‑1。3.根据权利要求1所述的一种集流体改性方法，其特征在于，所述泡沫金属为如下任意一种：泡沫铁、泡沫镍、泡沫铜；所述金属氧化物为如下任意一种：四氧化三铁、三氧化二铁、二氧化锰。4.根据权利要求1所述的一种集流体改性方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁济元，郭驰，张望，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：