一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用，该制备方法通过将线状铜表面部分氧化以改善锂和铜的界面亲和性，使得熔融锂可以均匀负载于线状铜表面；再将熔融锂负载于柔性的线状铜基底上，可显著提高锂丝的机械强度、循环稳定性和柔性。线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，内层线状铜具有优异的导电性和机械性能，有利于提高锂负极长轴方向电子传输效率，作为锂载体能够为锂沉积提供稳固的导电骨架，有效缓解体积膨胀并维持界面稳定性，改善金属锂丝的抗弯曲疲劳特性。将该线状复合金属锂负极用作在纤维锂电池、纤维锂硫电池和纤维锂空气电池中时，可有效改善电化学活性和循环稳定性。有效改善电化学活性和循环稳定性。有效改善电化学活性和循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池与纤维材料
，尤其是一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纤维电池是柔性可穿戴电子器件中不可缺少的重要组成部分，近年来受到了广泛关注和研究。通过文献资料和专利技术调研，发现当前的纤维电池主要为纤维锂离子电池，即正、负极分别为钴酸锂、石墨等脱嵌锂机制的纤维电极，其理论和实际能量密度较低，难以满足柔性可穿戴电子器件的持久电能供应。
[0003]锂金属负极因其极高理论容量、低电化学电势，以及良好的柔性等特点，被视为是匹配可穿戴电子器件的首选高能量器件。迄今为止，关于线状锂金属电池的研究极少，且大部分采用纯金属锂线作为负极，会导致两个问题：一，锂枝晶生长导致电池循环稳定性差。二，纯锂线屈服强度低(<1MPa)，在弯曲下易发生弯曲疲劳断裂，影响电池稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种线状复合金属锂负极的制备方法和应用，用于克服现有技术中电池循环稳定性差、弯曲下易发生弯曲疲劳断裂等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种线状复合金属锂负极的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：在氧化性气氛下对线状铜进行加热处理，得到表面氧化的线状铜；
[0007]S2：在无水无氧条件下，将金属锂加热熔融成液态，再将所述表面氧化的线状铜浸入液态金属锂中使液态金属锂与线状铜复合形成线状复合金属锂负极。
[0008]为实现上述目的，本专利技术还提出一种线状复合金属锂负极，由上述所述制备方法制备得到；所述线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，所述金属锂负载于所述线状铜表面。
[0009]为实现上述目的，本专利技术还提出一种线状复合金属锂负极的应用，将上述所述制备方法制备得到的线状复合金属锂负极或者上述所述线状复合金属锂负极应用在锂金属纤维电池、锂硫纤维电池和锂空气纤维电池中。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0011]1、本专利技术提供的线状复合金属锂负极的制备方法通过将线状铜表面部分氧化以改善锂和铜的界面亲和性，使得熔融锂可以均匀负载于线状铜表面；再将熔融锂负载于柔性的线状铜基底上，可显著提高锂丝的机械强度、循环稳定性和柔性。
[0012]2、本专利技术提供的线状复合金属锂负极的制备方法简单方便，仅包括线状铜氧化和熔融锂复合两步，有利于大规模制备线状金属锂负极。
[0013]3、本专利技术提供的线状复合金属锂负极相比于纯金属锂丝，其表面锂层的厚度易于调控，锂线密度远低于纯金属锂丝，可有效提高金属锂的利用率。
[0014]4、本专利技术提供的线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，内层线状铜具有优异的导电性和机械性能，有利于提高锂负极长轴方向电子传输效率，作为锂载体能够为锂沉积提供稳固的导电骨架，有效缓解体积膨胀并维持界面稳定性，改善金属锂丝的抗弯曲疲劳特性。将该线状复合金属锂负极用作在纤维锂电池、纤维锂硫电池和纤维锂空气电池中时，可有效改善电化学活性和循环稳定性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极的扫描电子显微镜(SEM)正面图；
[0017]图2为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极的扫描电子显微镜(SEM)横截面图；
[0018]图3为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极的光学照片；
[0019]图4为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极弯曲状态的光学照片；
[0020]图5为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极力学承载测试照片；
[0021]图6为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极组装的纤维电池的充放电曲线图；
[0022]图7为本专利技术实施例1制备的线状复合金属锂负极组装的纤维电池在扭曲状态下点亮LED灯的照片。
[0023]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0026]无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
[0027]本专利技术提出一种线状复合金属锂负极的制备方法，包括以下步骤：
[0028]S1：在氧化性气氛下对线状铜进行加热处理，得到表面氧化的线状铜；
[0029]S2：在无水无氧条件下，将金属锂加热熔融成液态，再将所述表面氧化的线状铜浸入液态金属锂中使液态金属锂与线状铜复合形成线状复合金属锂负极。
[0030]优选地，在步骤S1中，所述线状铜为铜丝或铜丝纱线。
[0031]优选地，在步骤S1中，所述铜丝纱线由相同直径或不同直径的若干铜丝相互缠绕
加捻制备而成，铜丝数量为2～500根。
[0032]优选地，所述线状铜的直径为30～1000μm。
[0033]优选地，在步骤S1中，所述氧化性气氛为空气或氧气。
[0034]优选地，在步骤S1中，所述加热处理的温度为300～600℃，时间为1～120min。合适的加热温度和加热时间有助于使线状铜表面形成均匀的氧化层。
[0035]优选地，在步骤S2中，所述加热熔融成液态的温度为200～400℃。合适的气氛有助于保护金属锂熔融的安全性。合适的熔锂温度有助于液态锂与线状铜均匀复合。
[0036]本专利技术还提出一种线状复合金属锂负极，由上述所述制备方法制备得到；所述线状复合金属锂负极由表层金属锂和内层线状铜构成芯鞘结构，所述金属锂负载于所述线状铜表面。
[0037]线状复合金属锂负极整体呈一维纤维结构。
[0038]优选地，所述线状复合金属锂负极的直径为50～2000μm；所述线状铜的直径为30～500μm；所述金属锂的厚度为5～500μm。
[0039]本专利技术还提出一种线状复合金属锂负极的应用，将上述所述制备方法制备得到的线状复合金属锂负极或者上述所述线状复合金属锂负极应用在锂金属纤维电池、锂硫纤维电池和锂空气纤维电池中。
[0040]本专利技术提供的线状复合金属锂负极具有纤维直径大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线状复合金属锂负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在氧化性气氛下对线状铜进行加热处理，得到表面氧化的线状铜；S2：在无水无氧条件下，将金属锂加热熔融成液态，再将所述表面氧化的线状铜浸入液态金属锂中使液态金属锂与线状铜复合形成线状复合金属锂负极。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述线状铜为铜丝或铜丝纱线。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述铜丝纱线由相同直径或不同直径的若干铜丝相互缠绕加捻制备而成，铜丝数量为2～500根。4.如权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述线状铜的直径为30～1000μm。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述氧化性气氛为空气或氧气。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘双科，郑春满，滕美端，李宇杰，孙巍巍，罗重阳，姜钟伟，王丹琴，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：