一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂金属负极材料制备技术领域，尤其涉及一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极及其制备方法。本发明专利技术通过调控溶液浓度及处理时间，形成均匀致密的锂锌合金层，实现更佳的引导锂离子均匀分布沉积的效果，从而抑制无规则锂枝晶生长，提高锂合金负极的循环稳定性及循环寿命。本发明专利技术由于在锂硼合金表面引入了均匀的锂锌合金层，在充分利用锂硼合金优势的同时，使合金负极表面亲锂性更好，锂离子整流能力更强，局部电流密度更小。局部电流密度更小。局部电流密度更小。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂金属负极材料制备
，尤其涉及一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代电子设备的兴起，对高能量密度储能装置的需求日益迫切。目前，正极材料的性能遇到了技术瓶颈，锂离子电池的能量密度无法从正极突破。锂金属因其较高的理论比容量(3860mAh g
‑1)和较低的氧化还原电位(
‑
3.04V vs.标准氢电极)被认为是最有前途的提高能量密度的负极材料之一。而锂金属表面的锂离子通量不均匀，优先在局域电流密度高的“热点”处成核，造成无规则锂枝晶的生长，不稳定固态电解质膜的形成、锂沉积/剥离过程中非活性锂(“死锂”)的演化以及电池运行过程中的体积变化，锂金属阳极的商业化面临着挑战。这些问题会导致低库仑效率，缩短电池寿命，并导致电极动力学迟缓和安全问题，使得锂金属电池在实际应用方面受到极大阻碍。
[0003]由于锂合金不仅抑制了锂枝晶和裂纹的形成，而且降低了活性材料上的真实电流密度，近年来有研究者尝试用锂合金代替锂金属作为阳极。锂硼合金独特的3D骨架结构及较大的比表面积降低了有效电流密度，一定程度上消除了游离锂离子的定向结晶，阻碍了枝晶的生长。但其对于引导锂离子的均匀扩散沉积能力有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]针对上述锂金属存在的枝晶生长问题，本专利技术旨在利用锂硼合金(LiB)的优势并在表面引入锂锌合金(LiZn)层，提供一种有效抑制枝晶生长的锂金属合金负极及其制备方法。本专利技术所制备的锂硼锌合金(LiBZn)负极能有效抑制枝晶生长，具有更长的循环寿命，更好的循环稳定性及更低的界面阻抗。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、配制溶液：称量氯化锌放入四氢呋喃中，40℃搅拌2h后得到溶液，溶液浓度为0.1
‑
1M，；
[0008]S2、将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质；
[0009]S3、将裁好的锂硼合金片放入配制好的溶液中，经过5
‑
30s后取出静置24h得到锂硼锌合金负极。
[0010]锂硼合金具有自由锂嵌在三维骨架六硼化七锂(Li7B6)中独特的紧密填充结构。其合金骨架重量轻，电化学电位低(接近锂)，亲锂性好，制造技术成熟，成本低，可在一定程度上减小局部电流密度，使其具有比锂更好的电化学性能。在锂硼合金表面引入均匀锂锌合金层可在降低扩散势垒的同时诱导电荷均匀分布，调控锂离子均匀沉积。二者协同实现稳定的界面以有效抑制枝晶生长。
[0011]进一步的，所述步骤S1
‑
S3均在手套箱中完成。
[0012]进一步的，步骤S3中，通过将锂硼合金片放入配制好的溶液中，从而在锂硼合金上形成均匀致密的锂锌合金层。
[0013]进一步的，所述锂锌合金层的厚度为10
‑
30μm。
[0014]本专利技术的有益效果是：1)采用锂硼合金质量轻于其余大多数合金，可实现高质量能量密度电池，同时锂硼合金具有骨架结构，能在一定程度上减小局部电流密度。2)溶液处理法简便快捷，表面均匀致密的锂锌合金层不会带来过多的质量负担，同时能够调控锂离子均匀沉积，解决界面不稳定沉积的枝晶生长问题。
附图说明
[0015]图1是制备的锂硼锌合金与锂硼合金的X射线衍射图谱。
[0016]图2是制备的锂硼锌合金负极所组装的对称电池在1mA cm
‑2、1mAh cm
‑2条件下的长循环性能曲线。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例，详细描述本专利技术的技术方案。
[0018]本专利技术通过调控溶液浓度及处理时间，如图1中XRD所示，形成均匀致密的锂锌合金层，实现更佳的引导锂离子均匀分布沉积的效果，从而抑制无规则锂枝晶生长，提高锂合金负极的循环稳定性及循环寿命。本专利技术由于在锂硼合金表面引入了均匀的锂锌合金层，在充分利用锂硼合金优势的同时，使合金负极表面亲锂性更好，锂离子整流能力更强，局部电流密度更小，在抑制枝晶生长的基础上如图2所示实现1800h的稳定循环。
[0019]实施例1
[0020]本例制备方法为：
[0021]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.1M溶液，40℃搅拌2h。
[0022]步骤二：裁片；将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质。
[0023]步骤三：将步骤二裁好的锂硼合金片放入步骤一配制好的溶液中，处理10s后取出,静置24h得到制备完成的锂硼锌合金。
[0024]实施例2
[0025]本例制备方法为：
[0026]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.1M溶液，40℃搅拌2h。
[0027]步骤二：裁片；将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质。
[0028]步骤三：将步骤二裁好的锂硼合金片放入步骤一配制好的溶液中，处理15s后取出,静置24h得到制备完成的锂硼锌合金。
[0029]实施例3
[0030]本例制备方法为：
[0031]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.1M溶液，40℃搅拌2h。
[0032]步骤二：裁片；将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质。
[0033]步骤三：将步骤二裁好的锂硼合金片放入步骤一配制好的溶液中，处理20s后取出,静置24h得到制备完成的锂硼锌合金。
[0034]实施例4：
[0035]本例制备方法为：
[0036]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.1M溶液，40℃搅拌2h。
[0037]步骤二：裁片；将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质。
[0038]步骤三：将步骤二裁好的锂硼合金片放入步骤一配制好的溶液中，处理25s后取出,静置24h得到制备完成的锂硼锌合金。
[0039]实施例5：
[0040]本例制备方法为：
[0041]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.1M溶液，40℃搅拌2h。
[0042]步骤二：裁片；将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质。
[0043]步骤三：将步骤二裁好的锂硼合金片放入步骤一配制好的溶液中，处理30s后取出,静置24h得到制备完成的锂硼锌合金。
[0044]实施例1
‑
5可用于较薄锂片的溶液处理合成，加长处理时间可构筑更厚的锂锌合金层。
[0045]实施例6：
[0046]本例制备方法为：
[0047]步骤一：配制溶液；称量氯化锌放入四氢呋喃溶液中成0.2M溶液，40℃搅拌2h。
[0048]步骤二：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配制溶液：称量氯化锌放入四氢呋喃中，40℃搅拌2h后得到溶液，溶液浓度为0.1
‑
1M，；S2、将锂硼合金裁剪成10mm的圆形薄片，并进行抛光去除表面杂质；S3、将裁好的锂硼合金片放入配制好的溶液中，经过5
‑
30s后取出静置24h得到锂硼锌合金负极。2.根据权利要求1所述的一种抑制枝晶生长的锂硼锌合金负极的制备方法，其特征在于，所述步骤S1
‑
S3均在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴孟强，蒋凌雁，周海平，张庶，徐自强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：