【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前对于锂金属电池负极的研究主要集中在锂合金、亲锂材料、改变基底结构以及开发新型电解液等方面，这些方法都有助于抑制锂枝晶生长、提升锂金属负极循环稳定性，但都存在一定的局限性。锂合金法虽然可以有效改变锂金属沉积行为，但由于在电池充放电过程中巨大的体积变化，锂合金负极极易发生结构坍塌，往往表现出较差的机械性能和循环稳定性。通过电解液改性构筑人工sei膜的方法，同样容易受体积变化影响，在充放电过程中造成sei膜机械结构破坏失去原有效果。而通过合成亲锂材料，可以降低锂晶核表面能，实现锂的均匀沉积并提升锂与基底的结合力，但在锂层完全覆盖亲锂材料后将失去对锂枝晶的抑制作用。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种负极材料。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种负极材料的制备方法。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种锂金属电池负极。
4、本专利技术的目的之四在于提供一种锂金属电池负极的制备方法。
5、本专利技术的目的之五在于提供一种锂金属电池。
6、本专利技术的目的之六在于提供一种负极材料和/或锂金属电池负极在电池中的应用。
7、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
8、本专利技术的第一个方面提供了一种负极材料，包括m金属的泡沫材料、m金属的氮化物和m金属的氧化物；所述m金属的
9、本专利技术中的m金属的氮化物可以在锂电镀沉积过程中与锂结合形成li3n，而li3n组分能够有效提升sei膜的锂离子传递速率，从而降低锂离子在电极表面的极化抑制锂枝晶的生成。三维的m金属的泡沫材料作为基底，一方面不仅使负极材料具有优异的电子导电性能，且可以提升负极材料的比表面积，增加负极材料的机械强度，并在充放电过程中为sei膜提供稳定支撑，能够有效改善负极材料的性能；另一方面可以有效消除后续制备锂金属电池负极时锂电镀沉积过程中的极化现象，一定程度上抑制锂枝晶的生成。
10、本专利技术的第二个方面提供了本专利技术第一个方面提供的负极材料的制备方法，包括以下步骤：
11、将所述m金属的泡沫材料在含氧气体下进行一次煅烧，然后在含氮气体下进行二次煅烧，制得所述负极材料。
12、优选地，所述m金属的泡沫材料在使用前依次使用稀盐酸、乙醇、超纯水超声洗涤，然后干燥。
13、优选地，所述含氮气体选自氮气、氨气或其组合。
14、优选地，所述含氧气体为空气。
15、优选地，所述含氮气体为体积比为1：(4～19)的氮气和氨气的混合气体；进一步优选地，所述含氮气体为体积比为1：(5.5～19)的氮气和氨气的混合气体；更优选地，所述含氮气体为体积比为1：(5.5～9)的氮气和氨气的混合气体。
16、优选地，所述一次煅烧温度为300～600℃；进一步优选地，所述一次煅烧温度为350～550℃；更优选地，所述一次煅烧温度为400～450℃。
17、优选地，所述一次煅烧时间为1～8h；进一步优选地，所述一次煅烧时间为2～6h；更优选地，所述一次煅烧时间为3～5h。
18、优选地，所述二次煅烧温度为300～600℃；进一步优选地，所述二次煅烧温度为350～550℃；更优选地，所述二次煅烧温度为400～450℃。
19、优选地，所述二次煅烧时间为1～8h；进一步优选地，所述二次煅烧时间为2～6h；更优选地，所述二次煅烧时间为3～5h。
20、本专利技术的第三个方面提供了一种锂金属电池负极，包括本专利技术第一个方面提供的负极材料和负载在所述负极材料表面的锂金属层。
21、本专利技术的第四个方面提供了本专利技术第三个方面提供的锂金属电池负极的制备方法，包括以下步骤：将所述负极材料与金属锂组装成电池，然后进行电镀。
22、优选地，所述电镀步骤中使用的电解液为锂硫电解液或锂离子电解液；进一步优选地，所述电镀步骤中使用的电解液为锂硫电解液。
23、本专利技术的第五个方面提供了一种锂金属电池，包括本专利技术第三个方面提供的锂金属电池负极。
24、本专利技术的第六个方面提供了本专利技术第一个方面提供的负极材料和/或本专利技术第三个方面提供的锂金属电池负极在电池中的应用。
25、本专利技术的有益效果是：本专利技术中的负极材料为三维导电材料，可以有效降低沉积过程中的负极锂离子的极化，并为sei层(固体电解质界面层)提供稳定支撑，有效提升锂金属循环过程中的库伦效率及循环稳定性。此外，负极材料中的m金属的氮化物和m金属的氧化物均对锂金属具有较强的亲和力，便于后期在制备锂金属电池负极时能够与电镀形成的锂金属有较强的结合力，有效降低死锂的形成，并保证了电子传导的通畅性。
26、本专利技术中的负极材料结合了三维导电材料与亲锂材料，使两者实现协同效果，很大程度上提升了负极材料的锂枝晶抑制能力和电池循环性能，将亲锂的m金属的氮化物和m金属的氧化物与三维m金属泡沫材料相结合，一方面亲锂的表面可以有效降低锂金属表面能，降低锂晶核接触角并提升负极材料与锂层的结合力，而m金属的氮化物的引入可以在sei层中形成li3n，有利于提升sei层的锂离子传递速率；另一方面三维m金属泡沫材料可以有效提升负极机械强度，降低锂离子极化现象。
27、本专利技术中负极材料的制备方法是采用两步气氛法处理m金属的泡沫材料，得到原位生成的m金属的氮化物和m金属的氧化物双亲锂材料表面，本专利技术中的制备方法简单易操作，成本低廉，制得的负极材料的性能优异。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种负极材料，其特征在于：包括M金属的泡沫材料、M金属的氮化物和M金属的氧化物；所述M金属的泡沫材料表面负载所述M金属的氮化物和M金属的氧化物；所述M金属选自铜、铁、铝、镍中的至少一种。
2.权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述含氮气体选自氮气、氨气或其组合。
4.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述含氮气体为体积比为1：
5.根据权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述一次煅烧温度和/或二次煅烧温度为300～600℃。
6.根据权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述一次煅烧时间和/或二次煅烧时间为1～8h。
7.一种锂金属电池负极，其特征在于：包括权利要求1所述的负极材料和负载在所述负极材料表面的锂金属层。
8.权利要求7所述的锂金属电池负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将所述负极材料与金属锂组装成电池，然后进行电镀。
9.一种锂金属电池，
10.权利要求1所述的负极材料和/或权利要求7所述的锂金属电池负极在电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于：包括m金属的泡沫材料、m金属的氮化物和m金属的氧化物；所述m金属的泡沫材料表面负载所述m金属的氮化物和m金属的氧化物；所述m金属选自铜、铁、铝、镍中的至少一种。
2.权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述含氮气体选自氮气、氨气或其组合。
4.根据权利要求3所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述含氮气体为体积比为1：
5.根据权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于：所述一次煅烧温度和/或二次煅...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏子栋，李存璞，童成，许耘浩，
申请(专利权)人：重庆大学锂电及新材料遂宁研究院，
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。