一种多孔集流体制造技术

本实用新型专利技术提供了一种多孔集流体。所述多孔集流体遍布通孔，所述通孔的孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层。本实用新型专利技术提供了一种多孔集流体结构，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。电池的安全性。电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔集流体


[0001]本技术属于固态电池的
，涉及一种多孔集流体。

技术介绍

[0002]随着便携设备、电动汽车等蓬勃发展，人们对高能量密度储能器件需求日益增加，传统锂离子电池渐渐不能满足未来储能密度的需要。金属二次电池是一类直接使用锂、钠、镁等金属负极的二次电池，因其高能量密度而得到广泛关注。以金属锂二次电池为例，它直接以锂为负极，与传统锂离子电池以石墨等嵌锂离子材料作为负极不同。由于金属负极有极高的比容量(锂3860mA h g
‑
1)，金属二次电池具有极高的能量密度，远高于传统锂离子电池，有望作为下一代储能器件而用于便携设备、电动汽车等领域。
[0003]金属负极目前仍存在诸多问题，一个突出的问题是金属离子在沉积的过程中容易形成枝晶。以锂二次电池为例，在制作锂二次电池负极时，通常将锂压制在集流体(主要是铜箔或铜网)上或直接使用金属锂箔等负极(实质上是将锂本身同时作为集流体)。在这种平整集流体表面沉积时，由于尖端沉积效应，后续沉积的锂会沿着先沉积的锂生长，进而形成锂枝晶。枝晶的生长会导致电池内部短路，带来安全隐患。锂枝晶的形成还会造成锂浪费，因而降低电池的寿命。因此，应用金属二次电池必须克服枝晶问题。
[0004]CN103343253A公开了一种制备纳米多孔铜的方法，涉及有纳米级孔隙的金属的制造，步骤是：依据目标合金Cu原子百分比为50.00％
‑
Zr原子百分比为42.50％～50.00％(
‑
Al)原子百分比为余量中各元素原子百分数at.％计算所需原料的质量，称取铜片、锆粒和铝块，混合得到母合金原料，然后将该母合金原料置于真空电弧炉中熔炼，制得Cu
‑
Zr(
‑
Al)合金铸锭，然后采用熔炼
‑
甩带设备制备Cu
‑
Zr(
‑
Al)非晶合金条带，再一步去合金化制得纳米多孔金属铜条带，将其清洁后保存在真空度为1
×
10
‑1MPa的真空室内，以避免其被氧化，备用，克服了现有技术制备工艺复杂，成本高，不利于产业化规模生产的缺点。但是这种方法不仅步骤复杂、条件苛刻、浪费资源、所得多孔铜纯度不高，而且所得的纳米孔并不适用于负载金属负极。
[0005]CN107293754A公开了一种锂金属电池用负极多孔铜集流体的制备方法，至少包括如下步骤：第一步，用溶剂清洗Cu
‑
X合金片的表面，以除去Cu
‑
X合金片表面的杂质；第二步，配制酸溶液；第三步，在电化学工作站上，使用三电极体系，用铂或镍作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Cu
‑
X合金片作为工作电极，用第二步得到的酸溶液作为电解液，采用线性扫描循环伏安法从0
‑
1V至不同截止电压，扫描不同圈数，得到多孔铜集流体。该文献中存在一些问题，如：锂金属不能完全进入到集流体的孔隙中，孔隙利用率较低；由于Cu的亲锂性差，导致孔隙内的锂金属和铜之间容易产生接触不良，局部电流过大，会在电流过大位置优先生成锂枝晶，垂直生长的锂枝晶有可能刺穿隔膜，导致电池短路；锂枝晶生长产生的局部内应力破坏集流体，导致电池性能的衰减或安全性问题；上述文献锂金属电极在充放电过程中的体积膨胀难以被抑制，可能导致负极材料粉化从集流体脱落，导致一系列诸如使用寿命或安全性相关问题。
[0006]因此，如何得到一种可以有效避免锂金属负极中的锂枝晶问题的集流体，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种多孔集流体。本技术提供了一种多孔集流体结构，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。
[0008]为达此目的，本技术采用以下技术方案：
[0009]本技术提供一种多孔集流体，所述多孔集流体遍布通孔，所述通孔的孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层。
[0010]本技术提供了一种多孔集流体结构，将其用于锂金属负极时，多孔结构提供了丰富的储锂空间，为锂沉积预留了膨胀空间，同时孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层，亲锂层可以使锂完全地浸润到孔隙的内部，合理利用了孔隙体积，且锂金属还可以与集流体之间接触紧密，使电流密度均匀，不会产生局部内应力而导致集流体破坏，最终有效地抑制了锂金属的膨胀，减少了锂枝晶的形成，提高了电池的安全性。
[0011]本技术中，离子导通层的材质可以为金属氧化物或导通锂离子的单质材料，例如，为金属氧化物时，可以选自Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3或Li2MnO3；为导通离子的单质材料时，可以选自Sn、Si、C或Sb。
[0012]本技术中，亲锂层的材质可以为亲锂性金属氧化物、亲锂性金属硫化物或亲锂性金属氮化物，例如可以选自MnO2、Co3O4、ZnO或SnO2；还可以选自TiS2、MoS2、ZnS、CuS或NiS；或者选自Ni3N和/或Li3N。
[0013]作为本技术的一个优选技术方案，所述多孔集流体的厚度为50～200μm，例如50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]作为本技术的一个优选技术方案，所述离子导通层的厚度为5～20nm，例如5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm或20nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]本技术中，离子导通层过厚会影响孔有效体积，离子导通层过薄，会使得锂离子传输能力降低，导致极化增加，不利于倍率性能。
[0016]作为本技术的一个优选技术方案，所述亲锂层的厚度为5～10nm，例如5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]本技术中，亲锂层过厚会影响孔有效体积，亲锂层过薄，不利于工艺控制和锂金属的润湿。
[0018]作为本技术的一个优选技术方案，所述离子导通层的厚度大于等于所述亲锂
层的厚度。
[0019]本技术中，离子导通层厚度要大于等于亲锂层厚度，如果亲锂层厚度大于离子导通层的厚度，就不利于锂原子通过亲锂层
‑
锂金属的界面扩散迁移到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔集流体，其特征在于，所述多孔集流体遍布通孔，所述通孔的孔壁表面依次设置离子导通层和亲锂层。2.根据权利要求1所述的多孔集流体，其特征在于，所述多孔集流体的厚度为50～200μm。3.根据权利要求1所述的多孔集流体，其特征在于，所述离子导通层的厚度为5～20nm。4.根据权利要求1所述的多孔集流体，其特征在于，所述亲锂层的厚度为5～10nm。5.根据权利要求1所述的多孔集流体，其特征在于，所述离子导通层的厚度大于等于所述亲锂层的厚度。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋贺，梁天，邓勇强，刘东任，李辉，冯苏宁，
申请(专利权)人：溧阳紫宸新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：