[发明专利]一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的集流体、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的集流体、其制备方法及用途，属于电池技术领域。本发明提供了一种新型结构的集流体，该集流体为具有凹陷结构(比如凹坑结构和/或凹槽结构，尤其是微纳结构的凹坑和/或凹槽)的铜片，通过采用该特定结构的集流体制备负极，可以有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长，避免了刺穿电池隔膜的现象，提高了锂电池的性能。本发明采用的微纳加工技术，工艺成熟稳定，可实现图形尺寸的精确控制，从纳米级到微米级别的图案均可制作。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的集流体、其制备方法及用途。

背景技术

目前，提高锂离子电池能量密度是商业化锂电池行业长期发展的一个重要追求方向，然而，由于目前商业化的石墨负极它的理论容量只有372mA·h/g，限制了电池的应用，据最新科研成果调查，还有许多负极材料如硅、锡、过度金属氧化物等都可以用于取代目前商业化的石墨负极。

除了上述这些材料外，锂金属是基于锂电池中一个非常有前途的高能量密度负极材料，因为它的理论容量高达3860mA·h/g，而且有一个很低的氧化还原电位(相对标准氢电极为-3.04V)，因此锂金属在满足针对日益增长新型应用的电动汽车和先进的电子设备对高能量密度电池的需求中起着关键作用。然而，锂金属电池在充放电循环过程中，锂枝晶的形成伴随着低的库伦效率阻碍了锂金属负极用于可充放电锂电池的实际应用。尤其是，锂枝晶的产生和它产生的死锂可能会导致出现诸如热失控甚至燃烧、或爆炸等安全问题。

根据近几年的研究表明，通过在锂金属上面涂一层LiF，或者在电解液中加聚硫化物、LiNO₃、Cs⁺、离子液体等，使用3D收集器结合高分子电解液，生物仿生的方法可以改善锂金属表面的SEI(solid electrolyte interphase)膜等。

以上所述技术，对不可控锂枝晶生长的改善程度是很有限的，它们不能大规模的应用于高通量的工业化生产。

总之，不可控的锂枝晶问题是发展基于锂金属负极的可充电锂电池急需解决的问题。现有技术还没有一种可大规模应用于高通量的工业化生产的方法以解决该问题，这严重限制了锂电池的发展和应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长的集流体、其制备方法及用途。通过采用本发明所述的集流体并在其表面形成合适厚度的锂形成负极，能够有效抑制锂金属电池枝晶不可控生长。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种集流体，所述集流体为具有凹陷结构的铜片。

作为本发明所述集流体的优选技术方案，所述凹陷结构包括凹坑结构和/或凹槽结构。所述“凹坑和/或凹槽”指：可以是凹坑结构，也可以是凹槽结构，还可以是凹坑结构和凹槽结构的组合。

本发明的凹陷结构包括但不限于凹坑结构和/或凹槽结构，其他规则的或不规则的凹陷结构也适用于本发明，所述凹槽可以是直槽也可以是弯曲状的槽，所述凹坑可以是水平截面为方形的凹坑(简称方形凹坑)、水平截面为圆形的凹坑(简称为圆形凹坑)或水平截面为椭圆形的凹坑(简称为椭圆形凹坑)等。

优选地，所述凹坑结构和/或凹槽结构为微纳结构图形。

优选地，所述微纳结构图形为规则的周期性图形。

优选地，所述铜片的厚度为10μm～100μm，例如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。