一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物，本发明专利技术提供在铜箔表面设置导电高分子聚合物修饰层，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，工艺简单，成本低，较易实现工业化。较易实现工业化。较易实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂电池
，涉及一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着储能行业的不断发展，以石墨为负极、基于插层化学的传统锂离子电池已无法满足各种新兴领域对锂电池能量密度的需求，因此迫切需要开发超越常规锂离子电池的新电池系统。金属锂(Li)由于具有3860mAh g
‑1的超高比容量和最低的还原电势(相对于标准氢电极为
‑
3.04V)，引起研究人员的广泛关注。然而不幸的是，不可控的枝晶生长和不稳定的固态电解质界面层(SEI)等问题严重阻碍了其商业化应用。
[0003]铜箔是最常用的负极集流体，但由于其表面电荷分布不均，“尖端效应”诱导了锂的不均匀形核，从而导致锂枝晶的持续生长。并且商用铜箔集流体与锂金属显示出很高的界面能，导致高的形核壁垒。因此集流体改性技术被广泛应用于缓解锂金属电池中锂枝晶生长的相关问题。
[0004]CN112467147A公开了一种利用旋涂法在铜集流体表面修饰一层PES膜的改性方法，该PES膜含有大量的极性官能团O＝S＝O，在锂沉积过程中，极性官能团可以诱导锂离子的均匀形核，从而抑制枝晶生长。
[0005]CN112768624A公开了一种在集流体表面通过等离子体技术原位生成金属化合物的方法，能够在调节集流体表面形貌的同时提高集流体对锂的亲和性，从而使得锂离子的形核生长更加均匀。
[0006]CN113571710A公开了一种在铜集流体表面自组装改性形成一层Si
‑
O
‑
Si网络结构的方法，将带有
‑
SH官能团的有机硅氧烷和无水乙醇的混合溶液滴加到铜箔上，干燥成膜后将铜箔放入酸溶液中进行水解，真空干燥获得镀膜改性的铜集流体，可提高锂金属电池的电化学性能。上述技术方案虽然在一定程度上能够抑制枝晶的生长，但受限于工艺的复杂性，不具可扩展性和实用性，制约着其大规模应用。
[0007]而集流体改性技术对于开发稳定的无负极锂金属电池非常有效。在这种结构中，负极实际上只有一个集流体，在充放电过程中，来自正极的锂在负极集流体上发生沉积/剥离。在锂金属电池中，无负极全电池结构由于能够消除过量锂因而能够实现最高的能量密度。因此，开发一种简单的铜集流体改性方法，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，是提升无负极锂金属电池电化学性能的关键先决条件。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物，本专利技术提供在铜箔表面设置导电高分子聚合物修饰层，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，工艺简单，成本低，较易
实现工业化。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种无负极锂金属电池负极集流体，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物。
[0011]本专利技术在集流体表面设置导电高分子聚合物修饰层，聚合物涂层的高极性可以改善铜基体对电解液的润湿性，从而有利于缓解浓差极化，促进均匀沉积。电高分子聚合物的电导率可以达到1000S/cm，高导电性有利于电子传导，并可以在锂沉积/剥离过程中消散局部电流密度。
[0012]优选地，所述导电高分子聚合物修饰层的厚度为5～50μm，例如：5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm等。
[0013]优选地，所述铜箔的厚度为5～10μm，例如：5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。
[0014]优选地，所述导电高分子聚合物包括聚吡咯和/或聚苯胺中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]本专利技术所述导电高分子聚合物含有丰富的含氮官能团(如
‑
NH2)，可以作为均匀的亲锂位点，以调节锂成核并抑制枝晶的生长。
[0016]优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚酰亚胺或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]优选地，所述粘结剂和导电高分子聚合物的质量比为1:(5～10)，例如：1:5、1:6、1:7、1:8或1:10等。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述负极集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019](1)将粘结剂和导电高分子聚合物与溶剂混合，得到浆料；
[0020](2)将步骤(1)得到的浆料涂覆在铜箔表面，真空干燥后得到所述负极集流体。
[0021]优选地，步骤(1)所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺或乙醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，步骤(2)所述真空干燥的温度为60～80℃，例如：60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等；
[0023]优选地，所述真空干燥的时间为10～15h，例如：10h、11h、12h、13h、14h或15h等。
[0024]第三方面，本专利技术提供了一种无负极锂金属电池，所述无负极锂金属电池包含如第一方面所述负极集流体。
[0025]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)本专利技术使用高分子导电聚合物对铜箔进行改性，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，聚合物涂层的高极性可以改善铜基体对电解液的润湿性，从而有利于缓解浓差极化，促进均匀沉积。
[0027](2)本专利技术所述集流体制成电池后循环120圈库伦效率可达73％以上，循环150圈库伦效率可达58％以上，全电池循环100圈容量保持率可达32％以上。
附图说明
[0028]图1是实施例1所述负极集流体的截面SEM图。
[0029]图2是锂在实施例1所述负极集流体制得半电池进行电化学沉积的形貌图。
[0030]图3是锂在对比例1所述负极集流体制得半电池进行电化学沉积的形貌图。
[0031]图4是实施例1和对比例1所述集流体制得半电池在1mA cm
‑2电流密度下的库伦效率曲线图。
[0032]图5是实施例1和对比例1所述集流体制得全电池的循环性能对比图。
具体实施方式
[0033]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0034]本专利技术实施例所述聚吡咯通过如下方法制得：
[0035]将3.25g FeCl3·
6H2O溶解于500mL去离子水中形成黄色溶液，然后将900μL纯化的吡咯单体滴加至溶液中。静置6小时后，通过离心收集得到的黑色沉淀，然后在60℃下干燥过夜以获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无负极锂金属电池负极集流体，其特征在于，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物。2.如权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，所述导电高分子聚合物修饰层的厚度为5～50μm。3.如权利要求1或2所述的负极集流体，其特征在于，所述铜箔的厚度为5～10μm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述导电高分子聚合物包括聚吡咯和/或聚苯胺中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、聚酰亚胺或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述粘结...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：