本技术公开了一种具有超薄亲锂高熵合金界面层的锂金属负极制备方法,属于锂金属电池技术领域。通过将碳纳米管包覆的高熵合金复合材料、锂锡合金粉末和疏水聚合物分散于非有机溶剂中,并涂敷于铜箔上,经干燥后得到超薄、预锂化和亲锂的高熵合金界面层的负极。本发明采用上述一种具有超薄亲锂高熵合金界面层的锂金属负极制备方法,利用碳纳米管包覆的高熵合金复合材料中的催化性元素诱导碳纳米管,形成3D导电网络骨架,不但能够有效降低电极的电流密度,还可容纳锂金属沉积,同时还能激活锂锡合金中锂离子的释放进行预补锂,从而抑制锂枝晶和“死锂”的产生,减缓锂金属负极在充放电循环过程中的体积变化,提高电池的循环稳定性。
背景技术
随着人们对高能量密度可充电技术的需求不断增长,基于锂离子插层化学的传统锂离子电池已经无法满足各种新兴领域对锂电池能量密度的要求。锂金属负极由于高理论比容量(3860 mAh·g-1
),低氧化还原电位(与标准氢电极相比为-3.04 V)和较低的质量(0.534 g·cm-3
),被认为是负极材料中最有前途的候选者之一。然而,过量使用锂金属负极将增大加工难度,并带来安全隐患,从而阻碍了锂金属电池的大规模应用。
无负极锂金属电池(AF-LMB)是一种新型电池技术,其主要特点是在首次充电时通过沉积锂金属来形成负极,在生产过程中不使用锂金属。这种设计提升了电池的能量密度,降低了生产成本,并简化了制造工艺。然而,由于负极锂源极其有限,并且在连续的沉积剥离过程中不断损失,因而无负极电池通常表现出较差的循环稳定性。并且,没有负极侧的稳定宿主材料的保护或过量活性锂的补偿,在循环过程中由于“死锂”的产生以及电解液和金属锂之间的副反应所导致的锂资源的不可逆损耗都会直接体现在电池容量的损失上。
迄今为止,对于加强衬底的界面稳定性和控制电化学沉积已经积累了相当多的经验策略,例如,构建具有高机械刚度和离子扩散率的氧化物、氮化物和硫化物等人工涂层来抑制成核阶段枝晶的生长。然而,在长循环或在高容量负载的情况下,松散堆积的无机单元倾向于从基质上分离,从而亲锂物质在界面处形成Lix
M中间层,减轻Li成核障碍。同时,合金的形成不可避免地涉及到体积膨胀、颗粒团聚甚至电极粉碎的问题,具有亲核官能团的聚合物界面层将耗尽正极和贫电解质中有限的锂离子。
实现思路