一种锂负极宿主材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂负极宿主材料及其制备方法和应用，所述锂负极宿主材料包括导电基底和导电浆液；所述导电基底上负载导电浆液；所述导电浆液包括磁化后的铁磁材料和导电碳材料；所述磁化后的铁磁材料是由铁磁材料在磁场下磁化制得

【技术实现步骤摘要】
一种锂负极宿主材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种锂负极宿主材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂金属电池理论比容量高达
3860mAh.g
‑1，以锂硫电池为例，其能量密度高达
2600Wh.g
‑1，是目前商用的锂离子电池能量密度的五倍以上
。
此外，作为元素周期表原子序数最低的金属，锂拥有最负的理论电位
(
‑
3.043V)
和金属中最低的质量密度
(0.534g/cm3)
，这意味着锂金属是最理想的电池负极材料之一
。
虽有这些优点，但锂金属电池自专利技术以来一直面临着这些问题：
(1)
锂金属负极溶解后再沉积倾向于沿着一维方向生长形成锂枝晶，锂枝晶持续生长会刺穿隔膜导致电池短路引发安全问题；
(2)
锂金属自身电位很负，反应性很强极易与电解液反应，电池中活性锂金属自损耗严重
。
为了解决这些问题，研究者从多个方面着手，对锂金属负极进行改善，主要包括构筑人工
SEI
膜
、
结构化锂负极
、
外加电磁场
、
负载亲锂性材料等
。
目前，锂金属的研究主要集中在亲锂性材料的制备
、
锂负极宿主结构的设计以及对结锂宿主结构进行亲锂性改性，但亲锂性材料对于锂在沉积过程中的影响更多的是在成核及沉积初始阶段，随着沉积层的加厚，亲锂性材料被金属锂沉积层覆盖，其影响力将会急剧下降，最终，在金属锂上的锂沉积仍然会形成锂晶枝
。
[0003]在已报道的方法中，外加电
/
磁场法可以在锂生长全程对沉积行为进行调控和干预，通过外加场，锂离子在迁移沉积过程中会受到电场力
/
洛伦兹力影响从而发生偏转，实现锂离子的去极化过程
。
但外加电
/
磁场不仅不利于锂金属电池的大规模应用，单一的磁场
/
电场还会导致锂离子始终朝同一方向偏移，反而加重锂枝晶的生长
。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种锂负极宿主材料
。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供上述锂负极宿主材料的制备方法
。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供一种复合锂负极
。
[0007]本专利技术的目的之四在于提供上述复合锂负极的制备方法
。
[0008]本专利技术的目的之五在于提供上述锂负极宿主材料在锂电池中的应用
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0010]本专利技术的第一个方面在于提供一种锂负极宿主材料，包括导电基底和导电浆液；所述导电基底上负载导电浆液；所述导电浆液包括磁化后的铁磁材料和导电碳材料；所述磁化后的铁磁材料是由铁磁材料在磁场下磁化制得
。
[0011]优选地，所述磁化后的铁磁材料和导电碳材料的质量比为
(8
～
12)
：1；进一步优选地，所述磁化后的铁磁材料和导电碳材料的质量比为
(9
～
11)
：
1。
[0012]优选地，所述导电浆液还包括粘结剂和溶剂
。
[0013]优选地，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯
(PVDF)、SPR、
过氧乙酰硝酸酯
(PAN)
中的至少
一种
。
[0014]优选地，所述粘结剂与导电碳材料的质量比为
(0.5
～
2)
：1；进一步优选地，所述粘结剂与导电碳材料的质量比为
(1
～
2)
：
1。
[0015]优选地，所述溶剂选自
N
‑
甲基吡咯烷酮
、N,N
‑
二甲基
‑
吡咯烷酮中的至少一种
。
[0016]优选地，所述铁磁材料选自
Fe3O4、CoFe2O4、CoFeO4、NdFeB。
[0017]优选地，所述铁磁材料的剩磁强度为5～
100emu g
‑1。
[0018]优选地，所述导电碳材料选自导电炭黑
、
导电石墨
、
碳纳米管
、
碳粉
、
石墨烯中的至少一种
。
[0019]优选地，所述导电基底选自泡沫铜
、
铜箔
、Li
箔或泡沫镍；进一步优选地，所述导电基底选自泡沫铜或泡沫镍，导电浆液可以填充在泡沫镍或泡沫铜的空隙内，负载量更大，负载更加均匀
。
[0020]本专利技术的第二个方面提供了本专利技术第一个方面提供的锂负极宿主材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]S1
：使铁磁材料在磁场下磁化，得到磁化后的铁磁材料；
[0022]S2
：将磁化后的铁磁材料和导电碳材料混合并调配成导电浆液，然后将导电基底浸入导电浆液中，干燥，制得所述锂负极宿主材料
。
[0023]本专利技术基于铁磁材料自身具有永磁场以及带电粒子切割磁感线受到洛伦兹力作用的原理，将铁磁材料磁化后通过与粘结剂
、
导电碳材料
、
溶剂混合后负载在导电基底材料上，利用铁磁材料的强度适中的剩余磁场，在负载铁磁材料时达到保留磁场的同时还能阻止材料自身发生磁自组装失去各向异性，使锂负极宿主材料拥有微观上随机分布的磁场，在锂沉积过程中对锂离子迁移路径进行随机偏转，实现锂的均匀沉积的目的
。
[0024]优选地，所述步骤
S1
具体为：将铁磁材料采用强磁铁进行磁化，然后干燥，制得磁化后的铁磁材料
。
强磁铁为铁磁磁化提供磁场
。
[0025]优选地，所述步骤
S1
中的干燥步骤为置于干燥器中干燥
。
[0026]优选地，所述步骤
S2
具体为：将磁化后的铁磁材料
、
导电碳材料和粘结剂混合并研磨，然后加入溶剂混合，制得所述导电浆液；将导电基底浸入导电浆液中使导电浆液负载在导电基底上，然后干燥，制得所述锂负极宿主材料
。
[0027]优选地，所述研磨步骤中，研磨时间为
20
～
40min。
[0028]优选地，所述步骤
S2
中，干燥步骤具体为：在
35
～
50℃
的烘箱中烘干5～
10h
，然后真空干燥
10
～
20h。
进一步优选地，所述步骤
S2
中，干燥步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂负极宿主材料，其特征在于：包括导电基底和导电浆液；所述导电基底上负载导电浆液；所述导电浆液包括磁化后的铁磁材料和导电碳材料；所述磁化后的铁磁材料是由铁磁材料在磁场下磁化制得
。2.
根据权利要求1所述锂负极宿主材料，其特征在于：所述磁化后的铁磁材料和导电碳材料的质量比为
(8
～
12)
：
1。3.
根据权利要求1所述锂负极宿主材料，其特征在于：所述导电浆液还包括粘结剂和溶剂
。4.
根据权利要求1或2所述锂负极宿主材料，其特征在于：所述铁磁材料选自
Fe3O4、CoFe2O4、CoFeO4、NdFeB
；和
/
或，所述导电碳材料选自导电炭黑
、
导电石墨
、
碳纳米管
、
碳粉
、
石墨烯中的至少一种
。5.
根据权利要求1所述锂负极宿主材料，其特征在于：所述铁磁材料的剩磁强度为5～
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏子栋，李存璞，许瑞，罗小雪，汪涛，
申请(专利权)人：重庆大学锂电及新材料遂宁研究院，
类型：发明
国别省市：