一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极技术

本发明专利技术公开一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极。所述集流体包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。在本发明专利技术中，集流体表面的聚电解质中的阳离子或阴离子具有静电屏蔽作用，使得锂离子通量分布均匀，同时也可以提高电解液的浸润性，从而在电解液中实现锂均匀致密的沉积，得到稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度和循环稳定性。此外，本发明专利技术操作简单，极易重复均匀化制备，容易实现超薄锂箔材的构筑，避免锂的过量使用。避免锂的过量使用。避免锂的过量使用。

A current collector with electrostatic shielding effect and its preparation method and composite lithium electrode

【技术实现步骤摘要】
一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极。

技术介绍

[0002]锂金属在有机电解质中热力学不稳定，在锂金属和电解质之间形成钝化固体电解质界面层(SEI)。在电沉积过程中，由于基底表面的电场分布不均匀，导致锂离子通量分布不均匀，从而造成锂局域化的不均匀沉积，导致脆弱的SEI断裂，新暴露的锂也消耗大量的电解质，导致电解质干涸，死锂的积累，低库仑效率(CE)，最终电池失效。因此，常常采用以下方式缓解在沉积/溶解过程中的体积膨胀和锂的利用率。
[0003]其中一种方式：通过真空溅射的方式在集流体表面溅射一层亲锂性的物质，如金，银，氧化锌等材料。但是这些材料价格昂贵，增加了电池的成本，且需要复杂的制备工艺，不利于工艺放大，且金属的材料无疑增加了电池非活性物质占比，从而降低电池整体的能量密度。另一种方式：通过在电解液中添加昂贵的不参与SEI膜形成的Cs离子来形成静电屏蔽的效果，以实现锂的致密沉积，但是这种盐类价格昂贵，且对电解液的溶剂化结构造成影响，不利于电解液的稳定存储。此外通过溅射的方案无法对三维基底进行完全的修饰，无法精准设计亲锂区域，无法实现均匀化操作，且价格昂贵，所需设备仪器需要高真空环境，不利于对集流体进行操作。
[0004]因此，现有技术仍有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极，旨在通过采用本专利技术的集流体，能够在常规电解液中实现锂的均匀致密沉积，形成稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种具有静电屏蔽作用的集流体，其中，包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。
[0008]可选地，所述基底为二维基底或三维基底，所述二维基底选自锂箔、铜箔、碳纸中的一种，所述三维基底选自泡沫铜、泡沫镍、铁网、不锈钢网、钛网、钼网、碳膜、碳布、碳毡中的一种。
[0009]可选地，所述聚阳离子电解质选自聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。
[0010]可选地，所述聚阴离子电解质选自全氟磺酸、聚丙烯酸、海藻酸、马来酸丙烯酸共聚物、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子表面活性剂、阴离子树脂、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯、乙炔、磺化聚乙烯醇、磺化聚碳酸酯、磺化聚芳烃、磺化聚醚砜、磺化聚芳醚砜、磺化联苯聚醚醚
砜、磺化聚砜、磺化聚苯并咪(噻)唑、磺化聚芳醚、磺化聚苯醚中的一种或多种。
[0011]可选地，所述聚电解质层的厚度为100nm～2μm。
[0012]本专利技术的第二方面，提供一种本专利技术所述的具有静电屏蔽作用的集流体的制备方法，其中，包括步骤：
[0013]提供基底和聚电解质溶液；
[0014]将所述基底置于所述聚电解质溶液中，浸泡预设时间，得到聚电解质层修饰的基底，即得到所述集流体。
[0015]可选地，所述聚电解质溶液由聚电解质溶解于极性溶剂中配制得到，所述聚电解质溶液的浓度为0.05～0.5mol/L。
[0016]可选地，所述极性溶剂选自水、甲酰胺、乙腈、甲醇、乙醇中的一种或多种。
[0017]可选地，所述浸泡的预设时间为0.5～3h。
[0018]本专利技术的第三方面，提供一种复合锂电极，其中，由本专利技术所述的具有静电屏蔽作用的集流体通过锂的电沉积制成。
[0019]有益效果：在本专利技术中，集流体表面的聚电解质中的阳离子或阴离子具有静电屏蔽作用，使得锂离子通量分布均匀，同时也可以提高电解液的浸润性，从而在电解液中实现锂均匀致密的沉积，得到稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度。此外，本专利技术操作简单，极易重复均匀化制备，容易实现超薄锂箔材的构筑，避免锂的过量使用。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中得到的聚电解质层修饰的碳布的扫描电镜图；
[0021]图2为本专利技术实施例1中聚电解质层修饰的碳布沉积锂后的扫描电镜图；
[0022]图3为本专利技术实施例1中聚电解质层修饰的碳布和未修饰的碳布的沉积过电位图片；
[0023]图4为本专利技术实施例1中聚电解质层修饰的碳布和未修饰的碳布的库伦效率对比；
[0024]图5为本专利技术实施例2中未修饰的泡沫镍沉积锂后的扫描电镜图；
[0025]图6为本专利技术实施例2中聚电解质层修饰的泡沫镍沉积锂后的扫描电镜图；
[0026]图7为本专利技术实施例2中聚电解质层修饰的泡沫镍和未修饰的泡沫镍的库伦效率对比。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供一种具有静电屏蔽作用的集流体及其制备方法与复合锂电极，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]本专利技术实施例提供一种具有静电屏蔽作用的集流体，其中，包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。
[0029]本专利技术实施例基底的表面具有分布均匀的、且对锂是化学惰性的，有利于形成稳定SEI膜的聚电解质层。所述聚电解质层含有的聚阳离子或聚阴离子，可形成静电屏蔽效应。这是因为聚阴离子或聚阳离子聚合物存在电荷间的相互作用，聚电解质在电解液中，电
离成为一个聚离子和许多与聚离子电荷相反的小离子，称反离子。聚离子的分子链上有许多固定的电荷，如聚酸类带负电荷，称为聚阴离子，其反离子则带正电荷，所以在聚离子的周围具有静电场，使聚电解质在电解液中的性质与其他非离子结构的高分子在电解液中的性质很不相同，形成静电屏蔽作用。采用本专利技术实施例的集流体，能够在电解液中实现锂的均匀致密沉积，可减少锂与电解液的接触，形成稳定的锂复合电极，从而提升电池能量密度。
[0030]在一种实施方式中，所述基底为二维基底或三维基底。进一步地，所述二维基底为金属基底(如锂箔、铜箔等)或非金属二维材料基底(如碳纸等)。进一步地，所述三维基底选自泡沫铜、泡沫镍、铁网、不锈钢网、钛网、钼网、碳膜、碳布、碳毡等中的一种。
[0031]在一种实施方式中，所述聚阳离子电解质选自聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵等中的一种或多种。这是因为聚乙烯亚胺具有很强吸附能力，能够紧密吸附在基底的表面，其次聚乙烯亚胺具有较高的阳离子电荷密度，每相隔两个碳原子，都有一个氨基氮原子，具有正电性，能够与电解液中的阳离子静电排斥，利于阳离子在基底表面均匀分布，同时聚电解质电离出的阳离子可以吸附阴离子，促进阳离子的解耦，促进阳离子的快速迁移，避免阴离子参与分解过程，促进产生更薄的钝化膜，这些聚电解质在极性溶剂中能够电离出聚阳离子。
[0032]在一种实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有静电屏蔽作用的集流体，其特征在于，包括基底和设置于所述基底表面的聚电解质层，其中聚电解质为聚阳离子电解质和/或聚阴离子电解质，所述聚电解质具有静电屏蔽作用。2.根据权利要求1所述的具有静电屏蔽作用的集流体，其特征在于，所述基底为二维基底或三维基底，所述二维基底选自锂箔、铜箔、碳纸中的一种，所述三维基底选自泡沫铜、泡沫镍、铁网、不锈钢网、钛网、钼网、碳膜、碳布、碳毡中的一种。3.根据权利要求1所述的具有静电屏蔽作用的集流体，其特征在于，所述聚阳离子电解质选自聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的具有静电屏蔽作用的集流体，其特征在于，所述聚阴离子电解质选自全氟磺酸、聚丙烯酸、海藻酸、马来酸丙烯酸共聚物、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子表面活性剂、阴离子树脂、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯、乙炔、磺化聚乙烯醇、磺化聚碳酸酯、磺化聚芳烃、磺化聚醚砜、磺化聚芳醚砜、磺化联苯聚醚醚砜、磺化聚砜、磺化聚苯并咪(噻)唑、磺化聚芳醚、磺化聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，轩敏杰，
申请(专利权)人：高能时代珠海新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：