一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系及其制备方法和应用，属于锂离子电池领域，制备方法将氧化石墨烯与无机陶瓷电解质LLZTO均匀混合后，在惰性气氛下经高温热还原得到rGO@LLZTO；所述LLZTO为Li7‑

【技术实现步骤摘要】
一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，更具体地，涉及一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)因高能量密度、高工作电压、长循环寿命及污染小等优点，已广泛应用于便携式消费类电池、新能源汽车动力电池和大型储能电池等领域，是市场中普遍使用的二次锂电池。目前，商业化的LIBs主要以石墨为负极材料，而石墨的理论比容量较低(仅为372mAh g
‑1)，不能满足高比能量电池的需求。锂金属由于超高的理论比容量(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)，若二次电池体系中以锂金属作为负极，则可充分发挥它的优势。同时锂金属具有较高的导电性，电化学性质和化学性质比较活泼。因此与其他负极材料相比，以锂金属为负极的电池与同一种正极材料匹配时，组装的锂金属电池(LMBs)具有最高的电压。然而，锂金属与传统商业化有机液态电解液反应易形成不稳定的固体电解质界面(SEI)膜。此外，锂金属负极(LMA)表面电流的不均匀分布也会造成锂离子不均匀沉积，从而诱发锂金属枝晶的生长，由此产生的安全问题严重阻碍了LMBs的商业化进程。
[0003]现有技术中已经致力于改善锂离子均匀沉积问题来提升锂金属负极的库伦效率和循环稳定性。当前，研究者发现锂粉(LP)具有较大的比表面积和颗粒之间的空腔结构有望改善锂离子均匀沉积，从而抑制锂金属枝晶的生长，提高锂金属负极的库伦效率和循环稳定性，同时也能够减缓锂离子在锂金属负极表面沉积/剥离过程中带来的体积膨胀问题，进一步提升LMBs的循环稳定性和安全性。除此之外，将固体陶瓷电解质作为锂粉负极的添加剂，提高锂离子在电极纵深方向上的扩散通量有很好的应用(ACS Appl.Mater.Interfaces,12(2020),52271
‑
52284)。Cao等人将Li
0.3
La
0.5
TiO3(LLTO)(J.Mater.Chem.A,10(2022),2519
‑
2527)作为锂负极的添加剂，有效降低了电解质与锂金属负极的界面阻抗，显著提高了界面稳定性。此外，LLTO还提供了额外的锂源，其高的锂离子电导率赋予了电池的大电流充放电性能。但LLTO较难均匀分散在锂金属负极中，有待进一步提高LLTO在锂金属负极内部的分散性。
[0004]相应地，如何使LLTO均匀分散在锂金属负极中来提升锂金属负极的库伦效率和循环稳定性，成为本领域中亟待解决的技术问题。

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rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系及其制备方法和应用，其目的在于，首先制备rGO@LLZTO，再将rGO@LLZTO与锂粉均匀混合制备rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极，由此解决LLTO较难均匀分散在锂金属负极中导致锂金属负极的库伦效率和循环稳定性差的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了以下技术方案：
[0007]一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，包括如下步骤：
[0008](S1)将氧化石墨烯与LLZTO均匀混合后，在惰性气氛下经高温热还原得到rGO@LLZTO；所述LLZTO为Li7‑
x
La3Zr2‑
x
Ta
x
O
12
，x＝0.1～0.6；
[0009](S2)将所述rGO@LLZTO与锂粉均匀混合后，采用粉末压片工艺制得rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极。
[0010]优选地，步骤(S2)中，所述rGO@LLZTO与锂粉的质量比为(0.01～10)：1。
[0011]优选地，步骤(S1)中，所述高温热还原的温度为500～700℃，热还原时间为4～12小时。
[0012]优选地，所述惰性气氛包括氩气或氮气。
[0013]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0014]一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系，采用上述方法制备得到。
[0015]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0016]一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的应用方法，包括如下步骤：
[0017](T1)将氧化石墨烯与LLZTO均匀混合后，在惰性气氛下经高温热还原得到rGO@LLZTO；所述LLZTO为Li7‑
x
La3Zr2‑
x
Ta
x
O
12
，x＝0.1～0.6；
[0018](T2)将所述rGO@LLZTO与锂粉均匀分散于有机溶剂中得到浆料，将所述浆料涂覆于铜箔负极集流体上。
[0019]优选地，步骤(T2)中，所述rGO@LLZTO与锂粉的质量比为(0.01～10)：1。
[0020]优选地，步骤(T1)中，所述高温热还原的温度为500～700℃，热还原时间为4～12小时。
[0021]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0022]一种锂电池，其为采用上述rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系作为负极，组装而成的Li//Li或Li//Cu电池。
[0023]按照本专利技术的另一方面，还提供了以下技术方案：
[0024]一种锂电池，其采用上述rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系作为负极，采用LiFePO4、LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2或LiCoO2作为正极。
[0025]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，能够取得下列有益效果：
[0026]1、本专利技术提供的rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，将氧化石墨烯与LLZTO均匀混合后，通过在惰性气氛下经高温热还原得到兼具导离子和导电子的rGO@LLZTO复合材料，所获得的rGO@LLZTO可解决LLZTO与锂粉之间浸润性问题，提升锂粉负极的导电子与导离子能力；所获得的rGO@LLZTO和锂粉经混匀后再采用粉末压片工艺制得既导离子又导电子的新型rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系，是构筑锂电池的优选负极材料之一。
[0027]2、本专利技术所获得的rGO@LLZTO和锂粉分散于有机溶剂后的浆料可涂覆在铜箔负极集流体上，具备适用性强、操作方便，适用于批量生产锂电池负极，便于产业化制造。
[0028]3、本专利技术将所获得的rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系作为负极组装成Li//Li、Li//Cu电池，并将所组装的上述电池进行电化学性能测试，结果显示，上述Li//Cu电池具有优异的库伦效率和循环性能，上述Li//Li电池呈现出良好的循环性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(S1)将氧化石墨烯与LLZTO均匀混合后，在惰性气氛下经高温热还原得到rGO@LLZTO；所述LLZTO为Li7‑
x
La3Zr2‑
x
Ta
x
O
12
，x＝0.1～0.6；(S2)将所述rGO@LLZTO与锂粉均匀混合后，采用粉末压片工艺制得rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极。2.如权利要求1所述的一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，其特征在于，步骤(S2)中，所述rGO@LLZTO与锂粉的质量比为(0.01～10)：1。3.如权利要求2所述的一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，所述高温热还原的温度为500～700℃，热还原时间为4～12小时。4.如权利要求3所述的一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛包括氩气或氮气。5.一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系，其特征在于，采用权利要求1
‑
4任一项所述方法制备得到。6.一种rGO@LLZTO@Li复合锂粉负极体系的应用方法，其特征在于，包括如下步...

【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：