一种Li-C合金薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种Li

【技术实现步骤摘要】
一种Li
‑
C合金薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固态锂电池材料
，涉及一种Li
‑
C合金薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当前，锂离子电池储能技术正在持续改变人类的生产生活方式，便携式高端通信设备和大型储能电站等新兴产业蓬勃发展，对电能的快速存储与高效利用提出了更高的要求。锂金属由于其高理论比容量和低电极电势等特性被视为最具潜力的可提高电池能量密度的负极材料。但是锂金属电池负极库仑效率低及不可控的枝晶生长等问题阻碍了其商业化进程。在锂金属电池中，电解液会直接参与固态电解质界面膜的形成，对锂金属负极的库仑效率、枝晶生长等产生重要影响、固态电解质很好地解决了液态电解液带来的安全问题。
[0003]固态电解质主要有氧化物、聚合物、硫化物、卤化物电解质等。其中硫化物与卤化物电解质有着较为广阔的应用前景。卤化物电解质的空气稳定性、结构稳定性、材料成本、使用成本、安全性都比较优异。硫化物固态电解质合成温度低，机械延展性优良，离子电导率最高。但是固体电极和固态电解质之间较差的界面接触，界面电阻较大，阻碍了全固态电池的快速发展。
[0004]CN108321432A涉及一种用于抑制锂枝晶生长的碳氮聚合物基准固态电解质及其制备方法和应用，该准固态电解质包括电解液、和电解液填充剂，所述电解液填充剂为轻质碳氮聚合物。该专利技术以轻质碳氮聚合物为电解液填充剂，制备得到一种能有效抑制锂金属电池中锂枝晶的生长的准固态电解质。其中轻质碳氮聚合物具有惊喜的分层结构，有利于电解液的吸收，从而形成泥状的准固态电解质，可用于抑制锂金属电池中锂负极枝晶的生长。
[0005]CN 114899348A提供了一种具有锂枝晶抑制作用的活化负极，负极中含有碳层，碳层中具有由无定形锂硅合金和Li3N相形成的三维离子导电通路，有效抑制了锂枝晶的生长，大大提高了电池的高负载、大电流、长循环能力，并拓宽了工作温度范围。
[0006]锂离子在聚合物固态电解质和负极界面的沉积模式包括尖端生长、径向生长和多方向生长。虽然一般认为高机械强度的无机固态电解质能抑制锂枝晶的生长，但是锂枝晶仍然可以沿着固态电解质的缺陷、孔洞及晶界生长导致电池失效。
[0007]因此，为了保障固态电池的安全运行，提高负极与固态电解质的兼容性，降低界面阻抗，控制锂离子在负极侧的均匀沉积，是急需解决的。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Li
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C合金薄膜及其制备方法与应用，通过熔融法混合制备锂
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碳合金，再经过冷轧法得到柔韧性优异的Li
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C合金薄膜，该制备工艺简单、材料的可调节性高和可规模化生产的特点，所述Li
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C合金薄膜作为负极，可与固态电解质由较好的接触性，降低了界面阻抗。
[0009]为达此目的，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Li
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C合金薄膜的制备方法，所述制备方法包括如下：
[0011](1)将熔融制备的熔融态Li
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C合金，进行降温冷却，得到Li
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C合金锭；
[0012](2)所得Li
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C合金锭经过冷轧法，得到Li
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C合金薄膜。
[0013]本专利技术通过熔融法混合制备锂
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碳合金，再经过冷轧法得到柔韧性优异的Li
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C合金薄膜，该制备工艺简单、材料的可调节性高和可规模化生产的特点，所述Li
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C合金薄膜作为负极，可与固态电解质由较好的接触性，降低了界面阻抗。
[0014]采用冷轧法制备合金薄膜具有如下优势：工艺简单，操作方便；设备经济，节约成本；成型可控，合金薄膜表面光滑，厚度均匀，且工艺参数可任意调整。
[0015]优选地，步骤(1)所述熔融制备的方式如下：
[0016]分别对碳材料和锂金属进行预处理后，加热使所述锂金属呈现熔融状态；
[0017]混合碳材料和熔融状态下的锂金属，得到所述熔融态Li
‑
C合金，完成熔融制备。
[0018]优选地，所述碳材料包括人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维或热解树脂碳中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括人工石墨、天然石墨的组合，天然石墨和中间相碳微球的组合，中间相碳微球和石油焦的组合，石油焦和碳纤维的组合，碳纤维和热解树脂碳的组合，人工石墨、天然石墨和中间相碳微球的组合，天然石墨、中间相碳微球和石油焦的组合，中间相碳微球、石油焦和碳纤维的组合，石油焦、碳纤维和热解树脂碳的组合，人工石墨、天然石墨、中间相碳微球和石油焦的组合，或天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维和热解树脂碳的组合。
[0019]优选地，对所述碳材料进行预处理的方式为：进行真空烘烤。
[0020]优选地，所述真空烘烤的时间为20～25h，典型但非限制性的组合包括20h、21h、22h、23h、24h或25h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述真空烘烤的温度为50～100℃，例如可以是50℃、70℃、75℃、90℃或100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述碳材料经过预处理后的水分含量在100ppm以下，例如可以是100ppm、80ppm、60ppm、40ppm或20ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述锂金属包括纯锂金属材料，例如可以是锂带、锂箔、锂颗粒或锂棒中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括锂带和锂箔的组合，锂箔和锂颗粒的组合，锂颗粒和锂棒的组合，锂带、锂箔和锂颗粒的组合，锂箔、锂颗粒和锂棒的组合。
[0024]优选地，对所述锂金属进行预处理的方式为：去除锂金属表面的钝化层。
[0025]优选地，所述加热使所述锂金属呈现熔融状态在惰性气氛中进行。
[0026]优选地，所述惰性气氛中氧气的含量在0.1ppm以下，例如可以是0.1ppm、0.08ppm、0.05ppm、0.01ppm或0.005ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0027]优选地，所述惰性气氛中水分的含量在0.1ppm以下，例如可以是0.1ppm、0.08ppm、0.05ppm、0.01ppm或0.005ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，所述加热的温度为230～300℃，例如可以是230℃、250℃、270℃、290℃或300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0029]当温度低于230℃时，锂金属的流动性较差，会导致碳材料与锂金属难以均匀混合，碳材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Li
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C合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下：(1)将熔融制备的熔融态Li
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C合金，进行降温冷却，得到Li
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C合金锭；(2)所得Li
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C合金锭经过冷轧法，得到Li
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C合金薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述熔融制备的方式如下：分别对碳材料和锂金属进行预处理后，加热使所述锂金属呈现熔融状态；混合碳材料和熔融状态下的锂金属，得到所述熔融态Li
‑
C合金，完成熔融制备。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料包括人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维或热解树脂碳中的任意一种或至少两种的组合；优选地，对所述碳材料进行预处理的方式为：进行真空烘烤；优选地，所述真空烘烤的时间为20～25h；优选地，所述真空烘烤的温度为50～100℃；优选地，所述碳材料经过预处理后的水分含量在100ppm以下；优选地，所述锂金属包括纯锂金属材料；优选地，对所述锂金属进行预处理的方式为：去除锂金属表面的钝化层。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述加热使所述锂金属呈现熔融状态在惰性气氛中进行；优选地，所述惰性气氛中氧气的含量在0.1ppm以下；优选地，所述惰性气氛中水分的含量在0.1ppm以下；优选地，所述加热的温度为230～300℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料和锂金属的质量比为(30～70％):1；优选地，所述混合包括混合后搅拌；优选地，所述搅拌至混合物的颜色由银色变为金黄色停止；优选地，所述搅拌的时间为20～50min。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述降温的速度为5～10℃/min；优选地，步骤(2)所述冷轧法采用对辊、压延、压片或手动碾压中的任意一种或至少两种的组合，进行反复辊压至厚度均匀；优选地，所述Li
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C合金薄膜的厚度为15～50μm。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳洁，陈规伟，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：