[发明专利]一种阳极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种阳极及其制备方法和应用，包括铜集流体、络合在所述的铜集流体表面的铜防锈剂。本发明通过铜防锈剂中亲锂基团的性质，利用铜防锈剂来修饰铜集流体表面，从而引导锂离子在铜表面的均匀沉积，从而利于形成无枝晶阳极，进而提高锂金属电池的库伦效率，提升锂金属电池的循环寿命，对高能量密度高稳定性的锂金属电池的开发具有一定的促进和指导作用。本发明的阳极制备过程简单，可批量制备且成本较低。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种阳极及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂电池应用的广泛推广，各种储能系统对于二次电池的能量密度提出了更高的要求，而在诸多高比能体系中，金属锂由于具有极高的理论比容量(3860mA·h·g^-1)，低密度(0.59g·cm^-3)，以及最低的电化学电位(-3.040V)，使得锂金属作为负极的二次锂金属电池广受关注。然而在锂离子电镀/剥离过程中，锂金属容易形成表面积大的树突，不仅会导致内部短路，还会导致“死锂”的积累，安全问题严重，循环寿命差，因此其大规模应用仍具有挑战性。近四十多年来，为了解决这一问题，研究学者们前后也研究出多种策略，比如电解液添加剂、界面保护层、人造SEI、聚合物涂层等等，从而在锂金属电极表面形成高模量层，抑制锂枝晶的穿透。然而，锂离子沉积不均匀的情况仍然会出现，形成死锂从而导致电池容量迅速衰减。因此，在锂沉积过程中真正分散成核，解决锂枝晶的策略显得尤为重要。

目前关于抑制锂枝晶的手段，比较常用的是通过一系列电解质添加剂或者优化电解液体系从而提高电极表面固体电解质界面层(SEI)的均匀性。众所周知，锂枝晶的形成与生长不能通过机械强度较弱的SEI完全消除。

关于调节锂金属离子沉积，目前比较常用的技术是在电沉积过程中形成锂和金属合金，通过在电解质中添加无机化合物或第二种盐来实现的。但是这些金属阳离子添加剂大多在锂沉积过程中被形成的合金所消耗，因此抑制锂枝晶的形成是不可持续的。

另外，目前锂枝晶的处理手段以及方法还存在成本较高，而且需要较昂贵的实验设备和较高要求的实验条件等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够引导锂离子均匀沉积从而形成无枝晶的阳极及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供一种阳极，包括铜集流体、络合在所述的铜集流体表面的铜防锈剂。

本发明中，所述的铜集流体为具有一维，和/或二维，和/或三维结构的金属铜。

优选地，所述的铜防锈剂为含有含氮基团或其他亲锂基团的铜防锈剂，从而使得该防锈剂可以通过化学作用络合在铜集流体表面层，分散成核，引导锂离子均匀有序的沉积，提升表层SEI的稳定性从而形成无枝晶阳极。

进一步优选地，所述的铜防锈剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、以及1-羟基苯并三氮唑等中的任意一种或两种及以上的组合。

本发明的另一方面提供一种阳极的制备方法，将铜集流体与铜防锈剂溶液接触制得。

本发明中，所述的铜集流体为具有一维，和/或二维，和/或三维结构的金属铜。

优选地，所述的铜防锈剂为含有含氮基团或其他亲锂基团的铜防锈剂。

进一步优选地，所述的铜防锈剂为苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、以及1-羟基苯并三氮唑等中的任意一种或两种及以上的组合。

本发明中铜防锈剂溶液中的溶剂可以是能够溶解上述铜防锈剂的所有液体，优先采用乙醇和醚类电解液体系中的溶剂，其中，所述的醚类电解液体系中的溶剂包括但不限于1,3-二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、二甲氧基乙烷中的一种或多种。

优选地，所述的铜防锈剂溶液的质量百分浓度为0.05～0.2％。