【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂金属二次电池的，具体是涉及一种锂锡铟合金负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着便携式电子设备的蓬勃发展和汽车电动化进程的快速推进，对电池储能器件的比能量需求日益增高。21世纪初期，锂离子电池进入了高能量化发展阶段。现阶段，以石墨为负极，钴酸锂(licoo2)和磷酸铁锂(lifepo4)以及三元材料为正极的锂离子电池已经得到广泛的应用和发展。然而，由于传统石墨负极材料较低的理论比容量(372mah·g-1)以及较高的电压平台严重地限制了锂离子电池的高能量密度、高功率密度电化学性能的进一步提升，使得传统锂离子电池很难突破其比能量瓶颈(260wh·kg-1)。因此我们需要进一步去探索具有高理论比容量和低电极电势的负极材料，从而在电池材料体系上使电池达到更高的比能量。
2、在锂二次电池中，金属锂以极高的理论比容量(3860mah·g-1)和最负的电势(-3.04v vs标准氢电极)被认为是最具潜力的电极材料。以金属锂为负极的金属锂二次电池被认为是极具前景的下一代高比能电池。然而在锂离子反复沉积和析出的过程中，金属锂容易生产出锂枝晶刺穿隔膜，造成短路引发安全隐患；此外，锂枝晶生长断裂后形成的“死锂”还会降低库伦效率，增大内阻，缩短电池使用寿命。
3、近年来，随着研究方法及工具的进步，金属锂负极受到广泛关注，对金属锂负极的改性研究取得了一定进展，包括液体电解质改性，固态电解质改性，集流体改性和金属锂改性。其中大部分研究工作并不能从根本上解决锂的无限体积膨胀及其导致的电极粉化，副反应多，产气等
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供了一种锂锡铟合金负极材料及其制备方法和应用。该锂锡铟合金负极材料包括inlisn、in3li13、li22sn5和li；li金属为基体，inlisn、in3li13、li22sn5均匀分布在li金属基体中，形成互穿型结构的锂锡铟合金负极材料。该锂锡铟合金负极材料具有较低过电位，从而使锂沉积的过程中不易形成枝晶状，从根源保护锂金属负极。
2、此外，互穿型结构的三维框架可以在电池循环过程中稳定结构，降低电流密度，诱导锂的均匀沉积。解决锂枝晶的问题，就可以大大提升锂金属作为高比能锂离子电池负极材料的安全性。
3、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种锂锡铟合金负极材料，包括inlisn、in3li13、li22sn5和li；
4、所述锂锡铟合金负极材料为互穿型结构；其中所述li金属为基体，所述inlisn、in3li13、li22sn5均匀分布在所述li金属基体中。
5、作为本专利技术的优选，所述锂锡铟合金负极材料为箔材，厚度为50μm～30μm。
6、作为本专利技术的优选，所述锂锡铟合金负极材料通过将锂金属片材和铟锡合金箔进行机械糅合制备而成。
7、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种如本专利技术第一方面所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，所述制备方法为：
8、将铟锡合金箔叠在两片锂金属片材之间，进行机械糅合，制备锂锡铟合金负极材料。
9、作为本专利技术的优选，两片所述锂金属片材和所述铟锡合金箔的总厚度小于2mm；
10、其中所述锂金属片的厚度小于500μm。
11、作为本专利技术的优选，所述铟锡合金箔与所述锂金属片的质量比大于1％且小于50％。
12、作为本专利技术的优选，所述机械糅合具体为对所述铟锡合金箔和所述锂金属片材进行反复辊压-折叠-辊压操作；其中，所述反复辊压-折叠-辊压操作的轧制方向不变。
13、作为本专利技术的优选，所述辊压-折叠-辊压操作的次数大于10次。
14、按照本专利技术的又一方面，提供了一种上述锂锡铟合金负极材料在锂金属二次电池中的应用。
15、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
16、(1)本专利技术提供了一种锂锡铟合金负极材料，li金属为基体，inlisn、in3li13、li22sn5均匀分布在li金属基体中，形成互穿型结构的锂锡铟合金负极材料。其中，组分内的锂铟合金、锂锡合金和锂铟锡合金，相对于纯锂而言离子电导率更高，能促进锂离子的更快传导。并且，它们分别与锂原子的吸附能大于锂与锂原子的吸附能，更大的吸附能有利于金属锂的平面均匀沉积。并且，该材料具有稳定的高比表面积的合金骨架，有效缓解了电极循环过程中的体积变化，抑制了sei的破裂，进而阻止了电解液中自由溶剂与活性li之间的副反应。
17、因此，本专利技术提供的锂金属和锂合金复合结构有效地抑制锂枝晶，在电极内部形成的三维框架可以减少循环过程中电极体积变化导致的失效问题并加快离子扩散，提高锂金属二次电池负极的电化学稳定性和充放电倍率性能，进而提高锂金属二次电池的循环稳定性和能量密度。
18、(2)本专利技术的锂锡铟合金负极材料为箔材时，厚度能够做到50μm～30μm，相比于现有的其他金属箔材和金属锂是难以做到50μm以下的复合材料的。本专利技术的锂锡铟合金负极材料的厚度越低，作为电极使用的时候，金属锂的利用率越高，就可以有效减缓锂资源的浪费。
19、(3)本专利技术的锂锡铟合金负极材料通过使用片材或箔材的原料进行机械糅合制备而成，利用锂的高反应活性使其可以与铟锡发生合金化反应，制备出一种互穿型锂锡铟合金箔负极材料。
20、同时，由于金属锂的粘性(易粘辊)和差的机械性(质地软)，很难通过常用的工业技术比如机械轧制降低其厚度，对其加工减薄到百微米以下十分困难。许多研究中不得不使用较厚的锂带，造成不同程度的锂过量。这不仅意味着电池n/p比失衡，而且会导致锂的利用率降低，加剧锂资源的浪费。而铟锡合金的加入可以形成“软中硬”的多相合金结构，显著改善了锂的加工性能及机械强度，通过常规的机械辊压即可得到厚度为30μm的复合箔材。
21、(4)优选的，本专利技术通过对锂锡铟合金负极材料中锂金属和铟锡合金的质量比、厚度、表面氧化层的去除以及锂锡铟合金箔辊压方向进行优化，在尽可能减少损失理论比容量的前提下，提高锂锡铟合金箔的整体均匀度，机械完整性和表面光滑度。
22、进一步的，铟锡合金是由于锡和铟的物理化学性质很相似，选铟和锡的合金是因为其一，铟是碱金属除外最柔软的金属，锡质地也软，且二者都具有很好的延展性，更适合和锂一起辊压成致密的箔材，如果是硬度很大的其它合金，很难在相同的比例下辊压出50μm以下的合金箔。其二，本专利技术中铟锡合金而不是单独的铟或者锡，是因为合金的晶粒更小，晶界更丰富，更便于锂离子的传导，以及与锂发生合金反应后得到的锂锡、锂铟合金的离子传输速率都比纯锂大。其三，选择铟和锡元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂锡铟合金负极材料，其特征在于，包括InLiSn、In3Li13、Li22Sn5和Li；
2.根据权利要求1所述的锂锡铟合金负极材料，其特征在于，所述锂锡铟合金负极材料为箔材，厚度为50μm～30μm。
3.根据权利要求1-2任一项所述的锂锡铟合金负极材料，所述锂锡铟合金负极材料通过将锂金属片材和铟锡合金箔进行机械糅合制备而成。
4.如权利要求1-3所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
5.根据权利要求4所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，两片所述锂金属片材和所述铟锡合金箔的总厚度小于2mm；
6.根据权利要求4所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，所述铟锡合金箔与所述锂金属片的质量比大于1％且小于50％。
7.根据权利要求4所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，所述机械糅合具体为对所述铟锡合金箔和所述锂金属片材进行反复辊压-折叠-辊压操作；其中，所述反复辊压-折叠-辊压操作的轧制方向不变。
8.根据权利要求7任一项所述的锂锡铟合
9.如权利要求1-3中任一项所述锂锡铟合金负极材料在在锂金属二次电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锂锡铟合金负极材料，其特征在于，包括inlisn、in3li13、li22sn5和li；
2.根据权利要求1所述的锂锡铟合金负极材料，其特征在于，所述锂锡铟合金负极材料为箔材，厚度为50μm～30μm。
3.根据权利要求1-2任一项所述的锂锡铟合金负极材料，所述锂锡铟合金负极材料通过将锂金属片材和铟锡合金箔进行机械糅合制备而成。
4.如权利要求1-3所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
5.根据权利要求4所述的锂锡铟合金负极材料的制备方法，其特征在于，两片所述锂金属片材和所述铟锡合金箔的总厚度...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，王鑫鑫，张文，李婉铭，张子韩，陈琴，钟旺廷，孙永明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。