一种改性锂金属负极集流体及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种改性锂金属负极集流体及制备方法，由以下步骤组成：将Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀沉积到基底表面，得到带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底；将带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底在惰性环境下进行退火，冷却，得到所述改性锂金属负极集流体。本发明专利技术将Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀沉积到基底表面，经退火形成一层YbAl3改性薄膜；通过YbAl3的高电导率特点，加快电池内部电子传输，可有效诱导锂离子的均匀沉积，避免锂枝晶生长，提升锂离子电池的库伦效率，提高锂离子电池的循环稳定性；利用YbAl3的高热导率特点解决电池初始发热阶段的局部高温问题，预防电池热失控问题。预防电池热失控问题。预防电池热失控问题。

【技术实现步骤摘要】
一种改性锂金属负极集流体及制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池材料
，具体涉及一种改性锂金属负极集流体及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池低能量密度不能满足不断发展的先进储能设备的需求，人们对二次电池的能量密度需求不断增大。因此，具有3860mAh/g的超高理论比容量和
‑
3.04V低氧化还原电位的锂金属负极被广泛关注。
[0003]然而由于锂金属本身的高反应活性以及不可控的体积膨胀等特性，锂金属负极在充放电循环中会造成很多难以解决的问题，例如锂枝晶，死锂，体积膨胀，库伦效率低等。在电池使用过程中会造成短路，引起火灾和爆炸。这些问题严重的阻碍了锂金属电池的商业化进程。
[0004]为了改善锂金属电池在充放电循环中产生的问题，特别是锂离子的不均匀沉积，锂离子的不均匀沉积会导致锂枝晶的形成和库伦效率的降低，锂电池内部的局部高温和锂枝晶不断生长会刺穿隔膜引发起火、爆炸等安全问题，影响电池的使用寿命；学者们已经探索出了各种方法，例如：双盐和三盐电解质体系稳定SEI界面，有机/无机混合固态电解质，采用三维集流体引导锂离子均匀沉积。但上述方法均存在研究与实际应用之间差距较大且质量不稳定的问题，所以需要进一步探索其他简便、高效解决锂离子电池中锂离子不均匀沉积等问题的材料和方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种改性锂金属负极集流体及制备方法，解决现有技术中锂离子电池中锂离子不均匀沉积和局部高温的技术问题，提高锂离子电池的循环稳定性和安全性能。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种改性锂金属负极集流体的制备方法，由以下步骤组成：
[0008]将Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀沉积到基底表面，得到带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底；
[0009]将带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底在惰性环境下进行退火，冷却，得到所述改性锂金属负极集流体。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种上述制备方法制得的改性锂金属负极集流体。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0012]本专利技术将Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀沉积到基底表面，经退火形成一层YbAl3改性薄膜；本专利技术采用YbAl3改性薄膜改性集流体，通过YbAl3的高电导率特点，加快电池内部电子传输，可有效诱导锂离子的均匀沉积，避免锂枝晶生长，提升锂离子电池的库伦效率，提高锂离子电池的循环稳定性；利用YbAl3的高热导率特点解决电池初始发热阶段的局
部高温问题，预防电池热失控问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例1所得改性锂金属负极集流体(改性后铜箔)的实物图；
[0014]图2为本专利技术实施例2所得改性锂金属负极集流体的XRD分析；
[0015]图3为本专利技术实施例3所得改性锂金属负极集流体的EDS分析；
[0016]图4为本专利技术实施例4所得改性锂金属负极集流体(改性后铜箔)的表面显微结构图；
[0017]图5为本专利技术实施例4所得改性锂金属负极集流体在有机醚类电解液DOL/DME下的锂沉积微观形貌；
[0018]图6为本专利技术实施例5所构建的锂离子电池与对比例1构建的锂离子电池在有机醚类电解液DOL/DME中的循环库伦效率的对比图；
[0019]图7为对比例1采用传统铜箔沉积所得锂沉积微观形貌；
[0020]图8为对比例2所得改性锂金属负极集流体在有机醚类电解液DOL/DME下的锂沉积微观形貌；
[0021]图9为对比例2所构建的锂离子电池在有机醚类电解液DOL/DME中的循环库伦效率图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]一种改性锂金属负极集流体，包括基底以及设置在基底表面的YbAl3改性薄膜；所述YbAl3改性薄膜是由Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀后退火得到的。
[0024]优选地，所述YbAl3改性薄膜材料是采用真空蒸镀工艺设置于集流体基底表面，然后在惰性环境下退火得到。
[0025]优选地，所述基底包括集流体、隔膜或电极材料。当基底为集流体时，YbAl3改性薄膜主要起到诱导锂均匀沉积，抑制锂枝晶的作用，同时可以促进电池均匀散热；当基底采用隔膜或电极材料替代集流体时，制得改性隔膜或改性电极，YbAl3改性薄膜主要起到均匀散热的作用，防止电池热失控。
[0026]进一步优选地，所述集流体基底可选用铜基底或碳基底等。更进一步的，所述铜基底可选用铜箔、铜网或泡沫铜等；所述碳基底可选用碳纤维布或碳纳米管或石墨等。
[0027]进一步优选地，所述隔膜可选用聚丙烯隔膜或者固态电解质等。
[0028]进一步优选地，所述电极材料可选用硫、磷酸铁锂或者三元正极材料等。
[0029]一种改性锂金属负极集流体的制备方法，包括如下步骤：
[0030]1)采用真空蒸镀工艺在集流体基底或者固态电解质等基底表面沉积得到YbAl3前驱体薄膜；真空蒸镀步骤中，YbAl3前驱体薄膜是Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀到基底表面的；
[0031]2)将步骤1)所得产物在惰性环境下进行退火，冷却，即得所述改性锂金属负极集
流体。
[0032]上述方案中，所述真空蒸镀工艺采用的原料为Al粉(99.999％)以及通过自蔓延高温合成的YbAl3粉末。
[0033]优选的，采用真空蒸镀工艺时，所述Al粉加热时间5～10min，速度为(进一步优选为)，采用的电流为150～180A(进一步优选为150～160A)，真空条件的压强为5
×
10
‑4～6
×
10
‑4Pa。
[0034]所述YbAl3粉末的加热时间为5～10min，速度为(进一步优选为)，采用的电流为180～210A(进一步优选为200～210A)；真空条件的压强为5
×
10
‑4～6
×
10
‑4Pa。
[0035]优选地，所述退火步骤在管式炉中进行。
[0036]优选地，所述退火步骤采用的温度为600～650℃，时间为5～10min。
[0037]优选地，所述退火步骤在氩气等保护气氛下进行。
[0038]优选地，Al粉和YbAl3粉末的质量比为1:(4～6)，进一步优选为1：(4.5～5.5)。
[0039]一种YbAl3改性薄膜在诱导锂离子均匀沉积中的应用。
[0040]一种YbAl3改性薄膜在抑制锂枝晶生长中的应用。
[0041]锂离子沉积主要包括负极制备时将锂沉积到集流体表面，以及充放电循环中锂沉积到负极表面，这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性锂金属负极集流体的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：将Al粉和YbAl3粉末同时加热蒸镀沉积到基底表面，得到带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底；将带有YbAl3前驱体改性薄膜的基底在惰性环境下进行退火，冷却，得到所述改性锂金属负极集流体。2.根据权利要求1所述的改性锂金属负极集流体的制备方法，其特征在于，蒸镀为真空蒸镀，加热时间均为5～10min。3.根据权利要求2所述的改性锂金属负极集流体的制备方法，其特征在于，真空蒸镀时，真空条件的压强为5
×
10
‑4～6
×
10
‑4Pa。4.根据权利要求2所述的改性锂金属负极集流体的制备方法，其特征在于，真空蒸镀时，Al粉的蒸镀速度为采用的电流为150～180A；YbAl3粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺丹琪，张晓鹏，赵文俞，翟鹏程，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：