[发明专利]一种用T2紫铜制备亲锂铜集流体材料的方法

说明书

本发明公开了一种用T2紫铜制备亲锂铜集流体材料的方法。通过控制退火条件，影响铜晶格、晶面的变化，实现了非亲锂性铜向亲锂性铜的转化。本发明以T2紫铜为原料，通过低温退火法将不亲锂的铜集流体转变为以(100)晶面为主的亲锂性铜集流体。本发明提供的亲锂铜集流体材料的制备方法，具有工艺简单、条件温和、重复性好、生产成本低等特点，具备大规模制备潜力，且所得集流体有高(100)晶面暴露比。

技术领域

本发明属于锂金属电池材料制备技术领域，具体涉及一种用T2紫铜制备亲锂铜集流体材料的方法。

背景技术

铜箔集流体具有高的电子电导率，良好的化学/电化学性能、优异的机械和热稳定性能，而且制备工艺成熟且成本低，在锂电池集流体等储能领域有着深入研究。然而，铜常以(111)和(110)晶面存在，表现出较差的锂浸润性，导致金属锂在铜箔集流体表面的成核过电位较高、锂沉积形貌不均匀，甚至产生锂枝晶，造成较差的电化学循环性能。此外，生长的枝晶可能会刺穿隔膜，造成内部短路、热失控等严重的安全隐患。

为解决以上问题，可通过对铜箔集流体进行涂层设计增加其亲锂性。目前，亲锂化设计主要通过在铜箔表面负载如金、银、锡等涂层，这些金属涂层能显著降低锂沉积的成核过电位，表现出优异的电化学循环性能。由于金属涂层通常采用物理气相沉积、磁控溅射等方法，其成本高，操作复杂，因此难以大规模生产制备。

研究证实，铜(100)晶面与锂金属有较高的亲和性，在电化学循环中能显著降低锂沉积的成核过电位，并均匀化锂沉积，具有广阔的前景。文献1“毛秉伟教授等从Lithiophilic Faceted Cu(100)Surfaces:High Utilization of Host Surface andCavities for Lithium Metal Anodes[J]，Angewandte Chemie International Edition,2019,58,3092.”报道了一种暴露亲锂性铜(100)晶面的制备方法，该方法首先将铜在浓磷酸中进行电化学抛光使表面光滑，然后采用三电极体系，在CuSO₄、H₂SO₄和NaCl的溶液中，通过恒电位阴极极化进行电镀，使铜(111)晶面转变为亲锂性(100)晶面。专利1“彭海琳，王欢等，一种多晶铜箔转变为单晶Cu(100)的方法[P]，申请号CN201610147553.9”公开了一种铜(100)晶面转变方法，该方法首先在不通入任何气体的条件下，对铜基底进行退火处理；然后在还原性气氛中，对上述步骤所得铜基底进行还原，最后得到Cu(100)单晶。在还原处理中，还原性气氛为氢气；还原性气体的流量为50sccm-500sccm；所述还原的温度为980-1040℃；还原的时间为5min-15min；压强为50-500Pa。

然而，采用上述现有得到铜(100)晶面的方法不仅需要多步完成，而且需要多种试剂、制备工艺繁琐复杂、可控性不佳、还原温度高等缺点，难以大规模生产制备。因此，有必要研究出一种操作简单、能耗低、可大规模暴露铜(100)晶面的方法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有得到铜(100)晶面的方法存在工艺繁琐复杂、使用试剂种类繁多、可控性不佳、还原温度高，难以大规模生产制备的不足之处，而提供一种用T2紫铜制备亲锂铜集流体材料的方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种用T2紫铜制备亲锂铜集流体材料的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)预处理

将T2紫铜加入至稀酸溶液预处理，随后洗涤、干燥，得到预处理后的T2紫铜；

该步骤中采用酸溶液预处理主要是为了以去除T2紫铜表面氧化层(CuO,Cu₂O)的影响；

2)热处理