【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電池，具體涉及一種3d親鋰復合材料及其制備方法和應(yīng)用、鋰金屬負極及其制備方法和應(yīng)用、鋰金屬電池。
技術(shù)介紹
1、鋰枝晶生長和鋰/電解液界面副反應(yīng)是影響鋰金屬電池循環(huán)穩(wěn)定性及安全性的主要問題。使用親鋰性優(yōu)異、鋰離子電導率高的材料修飾到銅箔表面作為3d集流體，能夠誘導鋰金屬在電極上均勻沉積，從而抑制鋰枝晶的生長。當前用于3d集流體材料主要包括以下幾種：(1)泡沫鎳和泡沫銅3d集流體，這類材料雖然能夠誘導鋰金屬的均為沉積，但是由于本身質(zhì)量較重、厚度較高，無法提高電池整體的能量密度；(2)電子絕緣的聚合物涂層，這類材料能夠避免鋰金屬在其表面的直接沉積，但是由于鋰離子傳輸能力較差，用其改性后的鋰金屬電極的電壓極化較大，鋰金屬沉積不均勻；(3)親鋰性較好的金屬顆粒、團簇等無機材料，這類材料制備流程復雜，比表面積較小，難以實現(xiàn)均勻負載。提供避免形成鋰枝晶、鋰離子傳輸能力強且機械強度高的3d集流體具有重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種3d親鋰復合材料及其制備方法和應(yīng)用、鋰金屬負極及其制備方法和應(yīng)用、鋰金屬電池。本專利技術(shù)提供的3d親鋰復合材料能夠避免形成鋰枝晶、鋰離子傳輸能力且強機械強度高。
2、為了實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供了一種3d親鋰復合材料，包括還原氧化石墨烯和負載在所述還原氧化石墨烯表面的碲納米片；
4、所述碲納米片的橫向尺寸為1～5μm；
5、所
6、本專利技術(shù)提供了上述技術(shù)方案所述3d親鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：
7、將碲納米片粉末、單層氧化石墨烯粉末和水混合，進行自組裝，得到te?nss@go復合材料；所述碲納米片粉末的橫向尺寸為1～5μm；所述碲納米片粉末與單層氧化石墨烯粉末的質(zhì)量比為1～10：100；
8、將所述tenss@go復合材料在保護氣中進行退火處理，得到3d親鋰復合材料；所述保護氣中含有氫氣。
9、優(yōu)選地，所述自組裝的溫度為20～40℃，時間為1～10h；所述自組裝在超聲條件下進行，所述超聲的功率為50～150w。
10、優(yōu)選地，所述保護氣為惰性氣體和氫氣的混合氣體；所述保護氣的流量為20～70sccm；
11、所述退火處理的溫度為250～450℃，時間為2～10h，溫度由室溫升至所述退火處理的溫度的升溫速率為1～10℃/min。
12、本專利技術(shù)提供了一種鋰金屬負極，包括負極集流體和負載在所述負極集流體表面的負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層的制備原料包括負極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和溶劑；所述負極活性物質(zhì)包括上述技術(shù)方案所述的3d親鋰復合材料或上述技術(shù)方案所述制備方法制得的3d親鋰復合材料、粘結(jié)劑和溶劑。
13、優(yōu)選地，所述負極集流體包括銅箔集流體；
14、所述粘結(jié)劑包括聚偏氟乙烯；所述3d親鋰復合材料和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為3～5：1；
15、所述有機溶劑包括n-甲基吡咯烷酮；所述3d親鋰復合材料和有機溶劑的質(zhì)量比為5～10：1。
16、本專利技術(shù)提供了上述技術(shù)方案所述鋰金屬負極的制備方法，包括以下步驟：
17、將3d親鋰復合材料、粘結(jié)劑和有機溶劑混合，得到漿料；
18、將所述漿料涂覆在銅箔集流體表面后干燥，得到鋰金屬負極。
19、本專利技術(shù)提供了上述技術(shù)方案所述的3d親鋰復合材料、上述技術(shù)方案所述制備方法制得的3d親鋰復合材料、上述技術(shù)方案所述的鋰金屬負極或上述技術(shù)方案所述制備方法制得的鋰金屬負極在電池中的應(yīng)用。
20、本專利技術(shù)提供了一種鋰金屬電池，其特征在于，包括工作電極、對電極和電解液；所述工作電極為上述技術(shù)方案所述的鋰金屬負極或上述技術(shù)方案所述制備方法制得的鋰金屬負極；所述對電極為鋰箔；所述工作電極和對電極通過隔膜分隔開。
21、優(yōu)選地，所述電解液包括電解質(zhì)和溶劑；所述電解質(zhì)包括雙三氟甲基磺酰亞胺鋰和/或雙氟磺酰亞胺鋰鹽。
22、本專利技術(shù)提供了一種3d親鋰復合材料，包括還原氧化石墨烯和負載在所述還原氧化石墨烯上的碲納米片；所述碲納米片的橫向尺寸為1～5μm；所述碲納米片的質(zhì)量占還原氧化石墨烯質(zhì)量的1～10％。在本專利技術(shù)中，te納米片與li有較強的親和性，可以消除li與基底的界面能壘，從而減小li的形核勢壘；te納米片具有較高的橫向尺寸，與rgo組成的復合結(jié)構(gòu)導電網(wǎng)絡(luò)適度減小高曲率表面，防止尖銳突出造成的鋰離子通量的不均勻性，避免形成鋰枝晶，能夠很好的穩(wěn)定鋰金屬負極；te納米片與li結(jié)合形成的li2te可以催化電解液中陰離子的分解，誘導形成富lif的雜化sei，lif作為sei的成分具有較高的機械強度和快速的鋰離子傳輸能力，同樣可以避免鋰枝晶的生長，還可以避免活性鋰與電解液的直接接觸，減少兩者的消耗，避免界面副反應(yīng)的發(fā)生，延長電池的壽命。本專利技術(shù)提供的3d親鋰復合材料作為負極活性材料，鋰傳輸能力強，電池的庫倫效率高，循環(huán)壽命長。
23、本專利技術(shù)提供的3d親鋰復合材料的制備方法，工藝簡單，操作簡單，綠色環(huán)保，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種3D親鋰復合材料，包括還原氧化石墨烯和負載在所述還原氧化石墨烯上的碲納米片；
2.權(quán)利要求1所述3D親鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述自組裝的溫度為20～40℃，時間為1～10h；所述自組裝在超聲條件下進行，所述超聲的功率為50～150W。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣為惰性氣體和氫氣的混合氣體；所述保護氣的流量為20～70sccm；
5.一種鋰金屬負極，包括負極集流體和負載在所述負極集流體表面的負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層的制備原料包括負極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和溶劑；所述負極活性物質(zhì)包括權(quán)利要求1所述的3D親鋰復合材料或權(quán)利要求2～4任一項所述制備方法制得的3D親鋰復合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰金屬負極，其特征在于，所述負極集流體包括銅箔集流體；
7.權(quán)利要求5或6所述鋰金屬負極的制備方法，包括以下步驟：
8.權(quán)利要求1所述的3D親鋰復合材料、權(quán)利要求2～4任一項所述制備方法制得的3D親鋰復合材
9.一種鋰金屬電池，其特征在于，包括工作電極、對電極和電解液；所述工作電極為權(quán)利要求5～6任一項所述的鋰金屬負極或權(quán)利要求7所述制備方法制得的鋰金屬負極；所述對電極為鋰箔；所述工作電極和對電極通過隔膜分隔開。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰金屬電池，其特征在于，所述電解液包括電解質(zhì)和溶劑；所述電解質(zhì)包括雙三氟甲基磺酰亞胺鋰和/或雙氟磺酰亞胺鋰鹽。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種3d親鋰復合材料，包括還原氧化石墨烯和負載在所述還原氧化石墨烯上的碲納米片；
2.權(quán)利要求1所述3d親鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述自組裝的溫度為20～40℃，時間為1～10h；所述自組裝在超聲條件下進行，所述超聲的功率為50～150w。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣為惰性氣體和氫氣的混合氣體；所述保護氣的流量為20～70sccm；
5.一種鋰金屬負極，包括負極集流體和負載在所述負極集流體表面的負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層的制備原料包括負極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和溶劑；所述負極活性物質(zhì)包括權(quán)利要求1所述的3d親鋰復合材料或權(quán)利要求2～4任一項所述制備方法制得的3d親鋰復合材料。
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宮勇吉，金椿喬，翟朋博，
申請(專利權(quán))人：天目山實驗室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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