一种锂镁合金负极的制备方法技术

本发明专利技术是一种锂镁合金负极的制备方法。首先熔炼制备一定成分的锂镁合金铸锭。然后从铸锭上切取一定厚度的合金圆柱样品并打磨光滑。随后将圆柱样品通过辊压机反复轧制成一定厚度的合金片。然后配置一定浓度的氯化镁溶液；随后合金片表面滴满氯化镁溶液，充分反应一段时间；最后用滤纸吸走合金片表面残留反应液并干燥，制得最终锂镁合金负极。制得最终锂镁合金负极。

【技术实现步骤摘要】
一种锂镁合金负极的制备方法


[0001]本专利技术是一种锂镁合金负极的制备方法，属于电池


技术介绍

[0002]金属锂不仅具有最低的电极电势(
‑
3.04V，相对于标准氢电极)和超高的理论比容量(3860mAh/g、2061mAh/cm3)，而且本身可以作为锂源，有望搭配无锂正极构建超高能量密度锂电池，如使用锂金属作为负极的锂硫电池、锂空气电池能量密度分别达2567Wh/kg、3505Wh/kg，可满足社会发展对电池性能的苛刻要求。
[0003]然而，锂金属作为锂二次电池的负极，在充放电过程中发生不均匀沉积、溶解行为，造成锂枝晶生长、界面不稳定、体积膨胀效应等问题，导致电池容量急剧衰减，从而限制了其应用。
[0004]针对上述问题，学者们发展出了多种锂金属负极改性策略。然而普遍存在着工艺方法复杂、改善效果不显著等问题，不适合工程化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术正是针对上述技术问题而设计提供了一种锂镁合金负极的制备方法，其目的是通过一种简单方法，原位制备出具有界面保护层的锂金属负极，且锂沉积面具有择优取向特征。利用该负极组装的电池具有优异的循环稳定性。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]该种锂镁合金负极的制备方法的步骤如下：
[0008]步骤一、以锂棒、镁带为原料，熔炼制备锂镁合金铸锭，该锂镁合金铸锭的成分及重量百分比为：Mg 5～30wt％，余量为Li；
[0009]步骤二、从铸锭上切取一定厚度的合金圆柱并打磨光滑；
[0010]步骤三、取两片PET膜覆盖于合金圆柱的上表面及下表面，通过辊压机反复轧制成合金极片；通过该步骤，可防止锂与压辊间的粘连，易于制得薄的合金极片。对于锂镁合金，(200)面剪切模量最低，多次轧制产生的塑性变形沿(200)面发生，最终辊压后极片表面形成(200)织构；
[0011]步骤四、以四氢呋喃为溶剂，配置浓度为0.15～0.18mol/L的氯化镁溶液；
[0012]步骤五、将氯化镁溶液滴到合金极片表面，使液体覆盖整个表面，设定的反应时间为20s～60s；通过该步骤实现氯化镁与金属锂的原位反应：MgCl2+Li
→
Mg+LiCl，xMg+Li
→
Mg
x
Li(固溶体)。最终合金表层成分为LiCl@Mg
x
Li；反应浓度及时间的控制能够保证生成适当深度的保护层。
[0013]步骤六、用滤纸吸走合金片表面残留反应液并干燥，制得锂镁合金负极。
[0014]进一步，步骤一中的锂棒、镁片原材料的纯度≥99.5％，熔炼前将锂棒、镁片表面打磨光滑，熔炼温度为300～500℃，保温时间为0.5～2h，锂镁合金铸锭的冷却方式为空冷。通过上述优化熔炼参数，制得纯净、成分均匀的合金铸锭。
[0015]实施时，步骤二中，合金圆柱的厚度为2～5mm。该项措施是通过多次轧制方式及样品始、终状态厚度的控制，保证了最终样品表面择优取向的形成。
[0016]实施时，步骤三中，轧制工艺是将合金圆柱沿一个方向反复走过两压辊间缝隙，每过一次，压辊缝隙调小50um，最终轧制厚度为50～300um。
[0017]实施时，所有操作均在手套箱内完成，箱内气氛控制，水含量≤0.5ppm，氧含量≤0.5ppm。在一定气氛下完成上述操作，保证过程中锂不同水、氧等发生副反应，影响最终方案效果。
[0018]本专利技术技术方案是利用简单的原位反应方法制得锂镁合金负极。与现有技术相比，本专利技术技术方案的特点及有益效果如下：
[0019](1)表层的LiCl@Mg
x
Li可作为负极的界面保护层。由于LiCl及Mg
x
Cl均具有高的离子电导率，而LiCl电子导电性差，最终制得的界面保护层具有高离子导电率及低的电子导电率，提供了足够驱动力，保证了锂沉积于界面保护层下方；另外Mg
x
Li具有足够高弹性模量，保证了界面良好机械性能，缓冲了锂沉积带来的体积膨胀效应；保护层高的离子电导率降低了电化学极化，提高了材料倍率特性。
[0020](2)界面保护层下的沉积面具有(200)择优取向。(200)为特殊面，具有低的锂形核势垒及垂直扩散势垒。作为锂的沉积面，可诱导锂均匀、紧密沉积，抑制了锂枝晶的生长；同时(200)织构特点及Mg优异的亲锂性使界面具有均匀锂离子流，也具有诱导锂均匀沉积的作用。
[0021](3)相对于其他改性方法，本专利技术采用通过原位反应方法生成得到锂镁合金复合负极。制备方法简单可控，且效果明显，易于实现工程化应用。
具体实施方式
[0022]以下将结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0023]实施例1
[0024]采用本专利技术所述方法制备锂镁合金负极的步骤如下：
[0025]步骤一、称取4.5g锂、0.5g镁片，投入不锈钢坩埚中，坩埚放于加热台上，将加热台升温至400℃待合金融化后保温30min，加热过程用不锈钢棒不断搅拌，随后浇铸、空冷得到锂镁合金铸锭。
[0026]步骤二、从合金铸锭上切取厚2mm的合金圆柱样品并打磨光滑；
[0027]步骤三、取两片PET膜覆盖于合计圆柱样品的上表面及下表面，通过辊压机反复轧制成厚200um的合金片；
[0028]步骤四、以四氢呋喃(THF)为溶剂，配置0.15mol/L的氯化镁溶液；
[0029]步骤五、随后将氯化镁溶液滴到合金极片表面，使溶液铺满整个极片表面，充分反应20s；
[0030]步骤六、用滤纸吸走极片表面残留反应液并干燥，制得最终锂镁合金负极。
[0031]实施例2
[0032]采用本专利技术所述方法制备锂镁合金负极的步骤如下：
[0033]步骤一、称取4g锂、1g镁粉，投入不锈钢坩埚中，坩埚放于加热台上，将加热台升温至450℃待合金融化后保温30min，加热过程用不锈钢棒不断搅拌，随后浇铸、空冷得到锂镁
合金铸锭。
[0034]步骤二、从合金铸锭上切取厚2mm的合金圆柱样品并打磨光滑；
[0035]步骤三、取两片PET膜覆盖于合金圆柱样品的上表面及下表面，通过辊压机反复轧制成厚200um的合金片；
[0036]步骤四、以四氢呋喃(THF)为溶剂，配置0.16mol/L的氯化镁溶液；
[0037]步骤五、随后将氯化镁溶液滴到合金极片表面，使溶液铺满整个极片表面，充分反应25s；
[0038]步骤六、用滤纸吸走锂片表面残留反应液并干燥，制得最终锂金属负极。
[0039]实施例3
[0040]采用本专利技术所述方法制备锂镁合金负极的步骤如下：
[0041]步骤一、称取3.8g锂、1.2g镁粉，投入不锈钢坩埚中，坩埚放于加热台上，将加热台升温至470℃待合金融化后保温30min，加热过程用不锈钢棒不断搅拌，随后浇铸、空冷得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂镁合金负极的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤如下：步骤一、以锂棒、镁带为原料，熔炼制备锂镁合金铸锭，该锂镁合金铸锭的成分及重量百分比为：Mg 5～30wt％，余量为Li；步骤二、从铸锭上切取一定厚度的合金圆柱并打磨光滑；步骤三、取两片PET膜覆盖于合金圆柱的上表面及下表面，通过辊压机反复轧制成合金极片；步骤四、以四氢呋喃为溶剂，配置浓度为0.15～0.18mol/L的氯化镁溶液；步骤五、将氯化镁溶液滴到合金极片表面，使液体覆盖整个表面，设定的反应时间为20s～60s；步骤六、用滤纸吸走合金片表面残留反应液并干燥，制得锂镁合金负极。2.根据权利要求1所述的锂镁合金负极的制备方法，其特征在于：步骤一中的锂棒、镁片原材料的纯度≥99.5％。3.根据权利要求1所述的锂镁合金负极的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：南文争，燕绍九，陈翔，刘佳让，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：