LiZn/Li2O制造技术

本发明专利技术公开了

【技术实现步骤摘要】
LiZn/Li2O衍生功能化三维锂金属负极材料及制备方法


[0001]本专利技术属于储能材料设计
，涉及
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料
。
[0002]本专利技术还涉及
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法
。

技术介绍

[0003]锂离子电池已广泛用做交通
、
通讯
、
航空航天等各领域的储能器件，然而以石墨
(
理论容量：
)
为负极的锂离子电池已不能满足日益发展的电子设备对高能量密度电池的需求；锂金属具有较高的比容量
(3860mAh/g)
和较低的电极电势
(
‑
3.04V)
，被视为锂离子电池负极材料的
‘
圣杯
’
；锂金属在循环过程中的枝晶生长问题极其严重，有刺破隔膜引发短路，从而导致起火的危险；因而，通过表面改性或三维结构设计构建较为稳定的锂负极是解决枝晶问题的重要策略；
[0004]碳布不仅具有三维结构，而且具有良好的机械强度和导电性，然而碳布表面是疏锂性的，锂金属很难与其复合；通过在表面引入均匀分布亲锂位点可以改善其亲锂性，促进锂的均匀沉积；然而单一的亲锂位点，如
Ag、Au、Zn、LiZn、LiAl
等，由于其表面电子分布均匀，可在一定程度上促进锂离子均匀沉积，而这种电子局域化程度较低的结构不利于锂团簇的均匀分散，易于在局部位点引发锂枝晶形成
。
此外，采用常规方法所引入的亲锂性纳米粒子，其分布均匀性依然有限
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料，解决了单一亲锂位点无法定向调控锂离子沉积的问题
。
[0006]本专利技术的第二个目的是提供
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法
。
[0007]本专利技术所采用的第一个技术方案是，
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料，包括亲锂性
Li2O
和导电性
LiZn
复合结构，且金属锂均匀分布在
LiZn/Li2O
修饰的碳纤维表面
。
[0008]本专利技术所采用的第二个技术方案是，
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，具体为碳布表面均匀且间隔分布的亲锂性
Li2O
相和电子导电性
LiZn
相，以及
Li2O/LiZn
定向调控而形成的锂金属
。
[0009]本专利技术第二个技术方案的特点还在于：
[0010]其中
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，具体按以下步骤实施：
[0011]步骤1，利用酸溶液活化碳布表面，随后用去离子水清洗后干燥；
[0012]步骤2，通过原子层沉积技术在经步骤1得到的碳布表面制备亲锂性氧化锌膜层；
[0013]步骤3，将步骤2获得的亲锂性碳布进行高温预锂化处理，得到
LiZn/Li2O
衍生功能
化三维锂金属负极；
[0014]其中步骤1中混合酸溶液具体为硝酸
、
硫酸
、
盐酸中的两种；
[0015]其中步骤1中将两种质量浓度为5‑
30
％的酸溶液按照体积比1～5混合，在
20
～
50℃
之间浸泡碳布8～
48h
；
[0016]其中步骤2中原子层沉积的条件为：背底真空度为
0.1
～
2.5Pa
；沉积真空度为
15
～
40Pa
；沉积温度为
100
～
300℃
；各分路气流量为5～
25sccm
；前驱体三甲基铝开瓶时间为
0.05
～
0.3s
；前驱体水开瓶时间为
0.04
～
0.25s
；吹扫时间均为
30
～
150s
，沉积圈数为
100
～
500
圈；
[0017]其中步骤3中高温预锂化处理具体为：手套箱中将锂片在
200
～
400℃
之间加热溶解于不锈钢盘中，将步骤2获得的改性碳布前端接触熔融的金属锂，保持5～
30s
待锂浸入整块碳布后取出，自然降至室温保存于手套箱中
。
[0018]本专利技术的有益效果是
[0019]本专利技术的
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极的制备方法通过原子层沉积获得了极其均匀的亲锂性氧化锌膜层，进一步利用化学转化将氧化锌转化为交替分布且紧密结合的
LiZn
和
Li2O
复合相，其中
Li2O
相作为亲锂性位点可有效调控锂离子定向沉积，而
LiZn
具有良好的电子导，有利于电子快速传输，因而
LiZn/Li2O
复合相所产生的化学限域结构可促进锂的均匀沉积；同时，锂易于浸入亲锂性表面并形成均匀致密的复合结构，该方法制备的复合锂金属负极是自支撑的，且所用方法易于实现，有利于产业化生产
。
附图说明
[0020]图1是本专利技术
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的扫描电镜图；
[0021]图2是本专利技术
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的
X
射线衍射图；
[0022]图3是本专利技术
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的长循化性能图；
[0023]图4是本专利技术
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的倍率性能图
。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明
。
[0025]本专利技术提供了
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料，包括亲锂性
Li2O
相和导电性
LiZn
相，锂金属均匀分布在
Li2O/LiZn
修饰的碳纤维表面
。
[0026]本专利技术还提供了
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，具体按以下步骤实施：
[0027]实施例1[0028]步骤1，按照体积比为1：1混和质量分数均为5％的硝酸和硫酸，混合均匀后，将碳布置于其中浸泡
10h
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料，其特征在于，包括亲锂性
Li2O
和导电性
LiZn
复合结构，且金属锂均匀分布在
LiZn/Li2O
修饰的碳纤维表面
。2.LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，具体为碳布表面均匀且间隔分布的亲锂性
Li2O
相和电子导电性
LiZn
相，以及
Li2O/LiZn
定向调控而形成的锂金属
。3.
根据权利要求2所述的
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，利用酸溶液活化碳布表面，随后用去离子水清洗后干燥；步骤2，通过原子层沉积技术在经步骤1得到的碳布表面制备亲锂性氧化锌膜层；步骤3，将步骤2获得的亲锂性碳布进行高温预锂化处理，得到
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极
。4.
根据权利要求3所述的
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中混合酸溶液具体为硝酸
、
硫酸
、
盐酸中的两种
。5.
根据权利要求3所述的
LiZn/Li2O
衍生功能化三维锂金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中将两种质量浓度为5‑
30

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜飞，钱华明，陈秦川，李向阳，王怡萱，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：