一种复合锂粉负极及其制备方法与锂电池技术

本发明专利技术属于锂电池材料相关技术领域，其公开了一种复合锂粉负极及其制备方法与锂电池，该方法包括以下步骤：(1)将不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解完全后再分批次加入锂箔以得到前驱体；接着，将有机溶剂加入该前驱体中以得到悬浮液，并对该悬浮液进行超声处理，继而得到锂粉；(2)将银纳米线与所述锂粉混合均匀后采用粉末压片工艺制备得到复合锂粉负极。本发明专利技术所组装的非对称电池均表现出优异的循环稳定性和倍率性能。同时，银纳米线/锂粉体系还能涂覆在负极集流体铜箔上，具备便于操作、适用性强等特点，因而是构建高能量密度二次锂电池的理想负极材料之一。材料之一。材料之一。

【技术实现步骤摘要】
一种复合锂粉负极及其制备方法与锂电池


[0001]本专利技术属于锂电池材料相关
，更具体地，涉及一种复合锂粉负极及其制备方法与锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)因高比容量、高能量密度及环境友好等优势，已广泛应用于便携式电子产品、新能源动力汽车和大型储能设备等领域。商业化的LIBs主要以石墨材料为负极，其理论比容量为372mAh g
‑1，不能满足更高比容量电池的需求。锂金属因高的理论比容量(3860mAh g
‑1)、低的密度(0.53g cm
‑3)和极低的氧化还原电势(
‑
3.04V，相对于标准氢电极)，是作为二次锂电池的理想负极材料。作为商业化LIBs的替代品，以锂金属作为负极的锂金属电池(LMBs)被认为是下一代高能量密度电池的有效解决方案之一。然而，锂金属与有机液态电解液反应形成不稳定的固体电解质界面(SEI)膜及锂金属负极(LMA)表面电流的不均匀分布，导致锂离子不均匀沉积而诱发锂枝晶生长造成的安全问题阻碍了LMBs的实际应用。
[0003]现有技术中已经致力于解决锂离子均匀沉积问题来改善锂金属负极的库伦效率和循环稳定性。近年来，关于锂粉(LP)制备、锂粉负极(LPA)改性研究正受到了学术界和工业界的高度关注，已陆续出现了一些关于LP制备的研究文献报道。如Pu等人(Adv.Sci.,6(2019),1901776)借助高熔点离子液体，并结合低温研磨工艺将锂箔制备出了纳米级锂粉(<500nm)。所获得的锂粉负极表现出优异的电化学性能，包括极低且稳定的过电势(≈50mV)以及在超高电流密度10mA cm
‑2(30mAh cm
‑2)下良好的长循环特性。但是，上述制备锂粉条件较为苛刻，低温研磨需在液氮环境下操作，这不利于大规模生产LP。然而，目前文献所报道的LP很少涉及与功能添加剂(如：高导电子材料)复合，这些改性正是改善锂离子在LMA表面均匀沉积的重要措施。
[0004]相应地，如何更为简便、合理地制备更高综合性能的LMA，正成为本领域中亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种复合锂粉负极及其制备方法与锂电池，通过对其关键组成成分及其电化学反应动力学机理、以及银纳米线(AgNWs)和锂粉均匀复合的具体工序处理方式等方面做出针对性的研究改进，相应所制得的新型AgNWs@Li复合锂粉负极(AgNWs@Li CLPA)体系与现有产品相比，不仅能够更好地解决银纳米线和锂粉均匀混合，而且系统地研究了AgNWs@Li CLPA的电化学反应动力学机理及其应用，AgNWs@Li CLPA与不同正极材料(LiFePO4、LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2或LiCoO2)所组装的非对称电池均表现出优异的循环稳定性和倍率性能。同时，AgNWs/LP体系还能涂覆在负极集流体铜箔上，具备便于操作、适用性强等特点，因而是构建高能量密度二次锂电池的理想负极材料之一。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种复合锂粉负极的制备方法，该制备方法主要包括以下步骤：
[0007](1)将不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解完全后再分批次加入锂箔以得到前驱体；接着，将有机溶剂加入该前驱体中以得到悬浮液，并对该悬浮液进行超声处理，继而得到锂粉；
[0008](2)将银纳米线与所述锂粉混合均匀后采用粉末压片工艺制备得到复合锂粉负极。
[0009]进一步地，对该悬浮液超声处理20小时以上，再用有机溶剂依次进行稀释、抽滤、洗涤、干燥以得到锂粉；聚乙二醇甲醚表面活性剂的聚合度n为3～45。
[0010]进一步地，聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的环氧乙烷单元与锂盐的摩尔比为EO/Li＝5～50。
[0011]进一步地，不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂是在180℃～250℃下进行搅拌溶解的，所用时间为0.5～8小时；所述锂箔的直径小于5毫米。
[0012]进一步地，该有机溶剂包括四氢呋喃、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、正己烷、正庚烷、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、及碳酸二乙酯中的任一种或者多种。
[0013]进一步地，所述银纳米线与所述锂粉的质量之比为(0.01～10)：1。
[0014]进一步地，所述银纳米线与所述锂粉的质量之比为4：1，聚乙二醇甲醚的聚合度n为16，聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的环氧乙烷单元与锂盐的摩尔比为EO/Li＝5，不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂是在200℃下进行搅拌溶解的，所用时间为2小时；该有机溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0015]本专利技术还提供了一种复合锂粉负极，所述复合锂粉负极是采用如上所述的复合锂粉负极的制备方法制备而成的。
[0016]本专利技术还提供了一种锂电池，所述锂电池的负极为如上所述的复合锂粉负极。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的复合锂粉负极及其制备方法与锂电池主要具有以下有益效果：
[0018]1.本专利技术通过高温聚合物表面活性剂体系制备锂粉，所得到的锂粉是锂电池的理想负极材料之一。
[0019]2.本专利技术所获得的锂粉和银纳米线在装有锆珠的离心管中高速搅拌均匀复合后再通过粉末压片工艺制得新型AgNWs@Li CLPA。
[0020]3.由于锂粉(LP)具有较大的比表面积和颗粒之间的空腔结构，将其用作锂粉负极(LPA)有望抑制锂枝晶生长，同时也能够减缓锂离子在锂粉负极的表面沉积/剥离过程中带来的体积膨胀问题，从而进一步提升LMBs的电化学性能和安全性，同时纳米银具有优异的亲锂特性，可促使锂离子在LMA表面均匀沉积，提升LMA的库伦效率和循环稳定性。
[0021]4.本专利技术所获得的银纳米线和锂粉分散于有机溶剂，还能涂覆在负极集流体铜箔上，具备便于操作、适用性强，便于批量化大规模制备锂电池负极。
[0022]5.本专利技术还针对上述AgNWs@Li CLPA与不同正极材料(LiFePO4、LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2或LiCoO2)进行匹配性研究，所组装的非对称电池均表现出优异的循环稳定性和倍率性能，具有较好的应用前景。
[0023]6.本专利技术还对上述AgNWs@Li CLPA所组装的非对称电池Li//Cu和对称电池Li//Li进行电化学动力学机理研究，结果表明，所组装的电池展示出良好的循环稳定性、库伦效率及较低的极化过电势。
[0024]7.本专利技术通过对关键组成成分及电化学反应动力学机理、以及银纳米线和锂粉均匀复合的具体工序处理方式等方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合锂粉负极的制备方法，其特征在于：(1)将不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解完全后再分批次加入锂箔以得到前驱体；接着，将有机溶剂加入该前驱体中以得到悬浮液，并对该悬浮液进行超声处理，继而得到锂粉；(2)将银纳米线与所述锂粉混合均匀后采用粉末压片工艺制备得到复合锂粉负极。2.如权利要求1所述的复合锂粉负极的制备方法，其特征在于：对该悬浮液超声处理20小时以上，再用有机溶剂依次进行稀释、抽滤、洗涤、干燥以得到锂粉；聚乙二醇甲醚表面活性剂的聚合度n为3～45。3.如权利要求2所述的复合锂粉负极的制备方法，其特征在于：聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的环氧乙烷单元与锂盐的摩尔比为EO/Li＝5～50。4.如权利要求1所述的复合锂粉负极的制备方法，其特征在于：不同长度的聚乙二醇甲醚表面活性剂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂是在180℃～250℃下进行搅拌溶解的，所用时间为0.5～8小时；所述锂箔的直径小于5毫米。5.如权利要求1所述的复合锂粉负极的制备方法，其特征在于：该有机溶剂包括四氢呋喃、N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱文，甘辉辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：