一种表面改性铝箔负极及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种表面改性铝箔负极的制备方法，通过采用强还原能力的含锂溶液在高温下与铝箔负极表面的氧化铝膜进行氧化还原反应，将氧化铝膜中的Al2O3迅速锂化成结构致密、能承受铝体积膨胀且能自由传输锂离子的α

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性铝箔负极及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，涉及一种表面改性铝箔负极及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]铝负极应用于锂离子电池时，具有理论比容量高（993 mAh g
‑1）、电导率高、储量丰富、环境友好和成本低的优势。目前，铝负极的活性材料主要以铝粉或铝箔形式存在，前者需要通过与导电剂（导电炭黑）和油系粘结剂（聚偏氟乙烯）或水系粘结剂（羧甲基纤维素）混合并研磨成均匀的浆料，然后涂至铜集流体上烘干制成，后者可充当单一材料负极直接应用于锂离子电池。因此，铝箔是理想的负极材料，能进一步降低锂离子电池的制造成本，是下一代高比能可充电电池用负极的潜在候选者。
[0003]然而，铝箔负极表面存在一层天然的氧化铝（Al2O3）层，该氧化层在循环过程中会发生不可逆的锂化从而引起容量损失，并导致铝箔负极遭遇较大的锂化过电势。此外，铝箔负极在与锂的合金化过程中体积膨胀率高达95%（Al
→
β
‑
AlLi合金），在脱合金化过程中反应区域会出现开裂现象，当电解液渗透至裂缝处并与铝活性物质直接接触后，两者将发生副反应，使电极由开裂演变成粉化并形成恶心循环，导致电池容量逐渐衰减。因此，铝箔负极同时面临着结构稳定性和循环稳定性差的问题。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本专利技术提供一种表面改性铝箔负极及其制备方法、锂离子电池。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出如下解决方案：本专利技术的第一目的在于提供一种表面改性铝箔负极的制备方法，包括步骤：（1）配制具有强还原能力的有机锂盐溶液；（2）在惰性气氛下将铝箔负极放入所述具有强还原能力的有机锂盐溶液中，进行加热反应，以将铝箔负极表面氧化铝膜中的氧化铝转化成锂铝氧化物，且所述锂铝氧化物主要为α
‑
LiAlO2，待反应完成后经易挥发的有机溶剂淋洗，以去除残留的有机溶液，再经干燥即可得到洁净的表面改性铝箔负极。
[0006]作为优选，步骤（1）中，具有强还原能力的有机锂盐溶液选自萘锂（Li
‑
Naph）、联苯锂（Li
‑
Biph）和9,9
‑
二甲基芴锂（Li
‑
9,9
‑
Dime）溶液中的至少一种。
[0007]作为优选，步骤（1）中，所述配制具有强还原能力的有机锂盐溶液包括：S11、在惰性气氛下将分子中的氢能被锂取代的有机物溶于有机溶剂Ⅰ中，配制成均匀溶液Ⅱ；S12、在惰性气氛下向均匀溶液Ⅱ中加入含金属锂的物质，进行搅拌，以加快锂的溶解，得到有机锂盐溶液Ⅲ。
[0008]作为优选，所述分子中的氢能被锂取代的有机物为萘（Naph）、联苯（Biph）及其衍生物和9,9
‑
二甲基芴（9,9
‑
Dime）中的一种或几种。
[0009]作为优选，所述有机溶剂Ⅰ为二甲醚（DME）和四氢呋喃（THF）中的一种或几种，优选的有机溶剂有利于锂对有机物中氢的取代。
[0010]所述含金属锂的物质为金属锂块、金属锂片、金属锂粉中的一种或几种。
[0011]作为优选，所述均匀溶液Ⅱ中分子中的氢能被锂取代的有机物浓度为0.1～2 mol L
‑1，浓度过低时溶液Ⅱ的消耗量较大，浓度过高时成本较高。
[0012]作为优选，步骤（2）中，所述加热的温度为40～120℃；所述加热的时间为5～60分钟。
[0013]作为优选，步骤（2）中，所述铝箔负极通过如下方法制备：用无水乙醇淋洗商业铝箔，经干燥、裁剪得到；所述商业铝箔的厚度为10～200μm。
[0014]作为优选，所述易挥发的有机溶剂为醚类、醇类和酯类有机物中的一种或几种。
[0015]本专利技术的第二目的在于提供一种铝箔负极，由所述的表面改性铝箔负极的制备方法制备得到，所述铝箔负极表面具有致密的锂铝氧化膜，所述锂铝氧化膜主要由α
‑
LiAlO2构成。
[0016]本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池，包括正极、隔膜、电解液和所述的表面改性铝箔负极。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用具有强还原能力的含锂溶液在高温下与铝箔负极表面的Al2O3膜进行氧化还原反应，能将铝箔负极表面的Al2O3膜迅速锂化成主要成分为α
‑
LiAlO2的锂铝氧化膜，该锂铝氧化膜结构致密、能承受铝体积膨胀且能自由传输锂离子，可以实现铝箔负极均匀的合金化/脱合金化，使体积膨胀沿垂直于铝箔负极的方向进行，并将电解液和铝箔负极隔绝，避免电解液分解，从而能有效抑制铝箔负极结构失效和电池容量衰减。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术的表面改性铝箔负极的制备方法的流程图。
[0020]图2为未经任何处理的铝箔负极的SEM图。
[0021]图3为实施例1的表面改性铝箔负极的SEM图，其中(a)为表面SEM图，(b)为截面的SEM图。
[0022]图4为实施例1的表面改性铝箔负极的X射线光电子能谱(XPS) Al 2p谱图。
[0023]图5为未经改性的原始铝箔负极和实施例1的改性铝箔负极组装的全电池的长循环性能对比图。
[0024]图6为未经改性的原始铝箔负极在NCM811全电池中经200圈完整循环后的SEM图，(a)、(c)为表面SEM图，(b)、(d)为截面SEM图。
[0025]图7为实施例1的表面改性铝箔负极在NCM811全电池中经400圈完整循环后的SEM图，(a)、(b)为表面SEM图，(c)为截面SEM图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供一种表面改性铝箔负极的制备方法的具体实施方式，包括如下步骤：（1）配制具有强还原能力的有机锂盐溶液Ⅲ；（2）将铝箔负极放入所述具有强还原能力的含锂金属的有机溶液中，进行加热反应，待反应完成后经易挥发的有机溶剂淋洗和干燥，即得表面改性铝箔负极。
[0027]在部分优选的具体实施方式中，步骤（1）中，所述配制具有强还原能力的有机锂盐溶液Ⅲ包括：S11、在惰性气氛下将分子中的氢能被锂取代的有机物溶于有机溶剂Ⅰ中，配制成均匀溶液Ⅱ；S12、向均匀溶液Ⅱ中加入含金属锂的物质，进行搅拌，得到具有强还原能力的有机锂盐溶液Ⅲ。
[0028]在部分可选的具体实施方式中，步骤S11和S12在惰性气氛下进行，具体例如可在充满氩气气氛的手套箱中进行，当然也可以在其他惰性气氛下进行，只要能够实现对整个体系的气氛保护即可。
[0029]在部分优选的具体实施方式中，所述分子中的氢能被锂取代的有机物为萘（Na本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性铝箔负极的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）配制具有强还原能力的有机锂盐溶液；（2）在惰性气氛下将铝箔负极放入所述具有强还原能力的有机锂盐溶液中，进行加热反应，以将铝箔负极表面氧化铝膜中的氧化铝转化成锂铝氧化物，且所述锂铝氧化物主要为α
‑
LiAlO2，待反应完成后经易挥发的有机溶剂淋洗，以去除残留的有机溶液，再经干燥即可得到洁净的表面改性铝箔负极。2.如权利要求1所述的表面改性铝箔负极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，具有强还原能力的有机锂盐溶液选自萘锂（Li
‑
Naph）、联苯锂（Li
‑
Biph）和9,9
‑
二甲基芴锂（Li
‑
9,9
‑
Dime）溶液中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的表面改性铝箔负极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述配制具有强还原能力的有机锂盐溶液包括：S11、在惰性气氛下将分子中的氢能被锂取代的有机物溶于有机溶剂Ⅰ中，配制成均匀溶液；S12、在惰性气氛下向均匀溶液中加入含金属锂的物质，进行搅拌，即得。4.如权利要求3所述的表面改性铝箔负极的制备方法，其特征在于，所述分子中的氢能被锂取代的有机物为萘（Naph）、联苯（...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞翔，李达青，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：