【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂金属电池集流体，具体为锂金属电池负极泡沫铜集流体表面亲锂改性技术。
技术介绍
1、近年来，随着电动汽车的迅速发展，人们对高能量密度锂离子电池(lib)的研究日益受到重视。锂(li)金属因其极高的理论比容量(3860mah g-1)以及在所有候选阳极中具有最低的氧化还原电位(-3.04v vs she)，被视为高能量密度电池的理想负极材料。然而，由于锂的高反应性，它会与电解质发生自发反应，形成不稳定的固态电解质界面(sei)薄膜，从而消耗活性锂和电解质成分。此外，锂的不均匀沉积和剥离会加速“死锂”的形成，导致活性容量降低。这些现象共同损害了“库仑效率”和电池的整体可逆性，严重时甚至可能导致内部短路、热失控或爆炸。
2、根据经典的“sand”时间模型，局部电流密度升高会导致负极表面的锂离子快速消耗，引发严重的浓度极化和不均匀沉积，最终形成锂枝晶。研究表明，利用具有较大比表面积的三维泡沫铜集流器是抑制枝晶生长、实现锂离子致密沉积的关键策略。然而，仅靠铜的固有特性难以控制锂的初始成核。锂成核的间歇性启动可能导致锂的不均匀/树枝状沉积，并形成不稳定的固态电解质界面(sei)。为降低成核过电位、实现均匀的锂沉积，人们在基底上应用了亲锂纳米材料涂层，例如氧化锌、氧化铜等。亲锂纳米材料与三维导电泡沫铜的结合可减小负极的局部电流密度，缓解与锂成核相关的过电位。然而，一般来说，增加比表面积会扩大电解质与电极之间的接触界面。同时，在锂与金属氧化物的反应过程中，会析出一种高导电性的金属相。这种金属相易成为电极和电解液之间副反
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种亲锂的泡沫铜集流体。所述的亲锂泡沫铜集流体具有较低的形核过电势，能够显著改善锂电池的库伦效率，同时具有较高的循环稳定性。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种亲锂性泡沫铜集流体及其制备方法，所述的稳定的亲锂性泡沫铜集流体是将复合涂层加载在泡沫铜骨架表面制得；所述的复合涂层为包裹多孔二氧化硅薄膜的氧化亚铜纳米线阵列。
3、优选的，所述纳米线阵列是先制备氧化亚铜纳米线阵列，再在外表面包覆多孔二氧化硅层。
4、优选的，所述氧化亚铜纳米线阵列是由氢氧化铜纳米线阵列真空退火制得的。
5、优选的，所述氧化亚铜纳米线阵列是通过泡沫铜与过硫酸铵和氢氧化钠的混合溶液反应制得的。
6、优选的，所述二氧化硅薄膜是通过正硅酸乙酯在碱性环境下水解，同时与十六烷基三甲基溴化铵模板剂分子自组装制得的。
7、优选的，所述二氧化硅薄膜中的孔道是通过使用阳离子萃取模板剂分子制得的。
8、优选的，所述高稳定性能的锂电池集流体及其制备方法，包括以下具体步骤：
9、(1)将10cm长，8cm宽，1mm厚的泡沫铜通过辊压机轧制到0.3-0.6mm厚，将轧制后的泡沫铜裁剪成4cm长，3cm宽的小片，再分别使用去离子水和酒精进行20～40分钟的超声清洗，去除表面杂质后使用鼓风干燥箱烘干备用。
10、(2)将过硫酸铵与氢氧化钠按照3～5的质量比混合，加入过硫酸铵87倍质量的去离子水形成混合溶液，在磁力搅拌器上以300～400rpm下搅拌3～5分钟后，使用冰水浴冷却1～1.5h。
11、(3)将步骤一中准备好的泡沫铜垂直浸入冷却好的混合溶液中15～30分钟进行氧化反应，将反应好的泡沫铜使用去离子水冲洗3次，并在80～90℃下进行8～12h烘干。
12、(4)将上述烘干后的泡沫铜进行真空退火，温度为600～800℃，保温时间为2～4h后。
13、(5)将1.4～1.8g十六烷基三甲基溴化铵溶于500～800ml的去离子水中，加入200-400ml乙醇形成混合溶液，在400-600rpm转速下滴加0.1～0.3ml
14、氨水，搅拌均匀后加入0.6～1ml正硅酸乙酯形成混合溶液。
15、(6)将退火后的泡沫铜浸入步骤五中的混合溶液，并放置在60～70℃的鼓风干燥箱中进行避光静置24～36h。
16、(7)取出泡沫铜后使用去离子水冲洗3～6次，放在100～140℃的真空干燥箱中陈化8～12h。
17、(8)将0.2～0.3g铵盐溶于200ml甲醇中，在30～50℃的温度下进行搅拌溶解6～8h，搅拌机转速为600～800rpm。
18、(9)将步骤七中陈化后的泡沫铜浸入步骤八中搅拌的混合溶液20～30分钟，取出后使用去离子水冲洗3～5次，重复此步骤4～5次，置入鼓风干燥箱在50～60℃的温度下烘干备用。
19、(10)将步骤九中改性的集流体使用压片机裁剪成直径为16mm的圆形电极片。将其与2500隔膜、锂片放在含有50ul电解质溶液的标准
20、cr2016型的扣式电池壳中，组装完成li-cu半电池。
21、(11)根据上述技术方案，所述步骤十中将制备出的半电池进行库伦效率测试，测试的充放电电流设定为0.5ma/cm2，放电容量为0.5mah/cm2，充电截止电压为0.5v，测试前50个周期的平均库伦效率。
22、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
23、本专利技术公开了锂电池高稳定性泡沫铜铜集流体，该集流体在现有的泡沫铜集流体的表面加载有一层复合涂层，复合涂层是由氧化亚铜纳米线内核和包覆在纳米线外侧的多孔二氧化硅薄膜组成的，能够与锂发生化学反应，对锂层具有低的过电位，诱导锂均匀沉积，使锂枝晶的生长得到有效抑制，提高电池的循环稳定性和使用寿命；
24、轧制后的泡沫铜具有较高的比表面积，有利于降低局域电流密度，从而减缓锂枝晶的生长进程。泡沫铜表面的氧化亚铜纳米线对锂的亲和力明显增强，而外部涂覆的多孔二氧化硅薄膜可调节锂离子通量的均匀性并促进锂离子的传输。这些因素共同作用，实现了均匀致密的锂沉积。同时，氧化亚铜与二氧化硅复合涂层的减轻了溶剂的分解，从而形成了富含无机成分的初始固体电解质界面(sei)，有利于提高锂离子利用率和离子传输动力学。结构和成分上的优势有助于实现均匀致密的锂镀层，以及高效稳定的锂剥离过程。这有利于提高锂离子利用率，进一步提高电池的循环稳定性和库伦效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高稳定性能的锂电池集流体，其特征在于稳定的亲锂性泡沫铜集流体是将复合涂层加载在泡沫铜骨架表面制得，所述的复合涂层为包裹多孔二氧化硅薄膜的纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性能的锂电池集流体，其特征在于，所述的泡沫铜集流体是预先经过辊压机轧制到0.3-0.6mm厚制得的。
3.根据权利要求1所述的氧化亚铜纳米线其特征在于是由负载有氢氧化铜纳米线的泡沫铜使用真空管式炉进行真空退火制得的，退火温度为600～800℃，保温时间为2～4h。
4.根据权利要求3所述的负载有氢氧化铜纳米线的泡沫铜其特征在于是将权利要求2所述的泡沫铜垂直浸入在冰浴锅中冷却好的混合溶液中15～30分钟进行氧化反应制得的。
5.根据权利要求4所述的混合溶液其特征在于是由过硫酸铵与氢氧化钠按照3～5的质量比混合后加入过硫酸铵87倍质量的去离子水，再在磁力搅拌器上以300～400rpm下搅拌3～5分钟后，使用冰水浴冷却1～1.5h后制得的。
6.根据权利要求1所述的多孔二氧化硅薄膜其特征在于是将陈化后的泡沫铜浸入混合溶液20～30分钟，取
7.根据权利要求6所述的混合溶液其特征在于是将0.2～0.3g铵盐溶于200ml甲醇中，在30～50℃的温度下进行搅拌溶解6～8h制得的，搅拌机转速为600～800rpm。
8.根据权利要求7所述的混合溶液其特征在于所述的铵盐包括硫酸铵与氯化铵。
9.根据权利要求6所述的陈化后的泡沫铜其特征在于是将权利要求3中制得的负载氧化亚铜纳米线的泡沫铜置入碱性混合溶液中并放置在60～70℃的鼓风干燥箱中进行避光静置24～36h，取出后使用去离子水冲洗3～6次，放在100～140℃的真空干燥箱中陈化8～12h制得的。
10.根据权利要求9所述的碱性混合溶液其特征在于是将1.4～1.8g十六烷基三甲基溴化铵溶于500～800ml的去离子水中，加入200-400ml乙醇形成混合溶液，在400-600rpm转速下滴加0.1～0.3ml氨水，搅拌均匀后加入0.6～1ml正硅酸乙酯制得的。
...【技术特征摘要】
1.一种高稳定性能的锂电池集流体，其特征在于稳定的亲锂性泡沫铜集流体是将复合涂层加载在泡沫铜骨架表面制得，所述的复合涂层为包裹多孔二氧化硅薄膜的纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性能的锂电池集流体，其特征在于，所述的泡沫铜集流体是预先经过辊压机轧制到0.3-0.6mm厚制得的。
3.根据权利要求1所述的氧化亚铜纳米线其特征在于是由负载有氢氧化铜纳米线的泡沫铜使用真空管式炉进行真空退火制得的，退火温度为600～800℃，保温时间为2～4h。
4.根据权利要求3所述的负载有氢氧化铜纳米线的泡沫铜其特征在于是将权利要求2所述的泡沫铜垂直浸入在冰浴锅中冷却好的混合溶液中15～30分钟进行氧化反应制得的。
5.根据权利要求4所述的混合溶液其特征在于是由过硫酸铵与氢氧化钠按照3～5的质量比混合后加入过硫酸铵87倍质量的去离子水，再在磁力搅拌器上以300～400rpm下搅拌3～5分钟后，使用冰水浴冷却1～1.5h后制得的。
6.根据权利要求1所述的多孔二氧化硅薄膜其特征在于是将陈化后的泡...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈人杰，陈国帅，赵腾，赵安琪，李柱杰，潘新慧，
申请(专利权)人：北京理工大学，
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。