[发明专利]一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物，本发明提供在铜箔表面设置导电高分子聚合物修饰层，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，工艺简单，成本低，较易实现工业化。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用。

背景技术

随着储能行业的不断发展，以石墨为负极、基于插层化学的传统锂离子电池已无法满足各种新兴领域对锂电池能量密度的需求，因此迫切需要开发超越常规锂离子电池的新电池系统。金属锂(Li)由于具有3860mAh g^-1的超高比容量和最低的还原电势(相对于标准氢电极为-3.04V)，引起研究人员的广泛关注。然而不幸的是，不可控的枝晶生长和不稳定的固态电解质界面层(SEI)等问题严重阻碍了其商业化应用。

铜箔是最常用的负极集流体，但由于其表面电荷分布不均，“尖端效应”诱导了锂的不均匀形核，从而导致锂枝晶的持续生长。并且商用铜箔集流体与锂金属显示出很高的界面能，导致高的形核壁垒。因此集流体改性技术被广泛应用于缓解锂金属电池中锂枝晶生长的相关问题。

CN112467147A公开了一种利用旋涂法在铜集流体表面修饰一层PES膜的改性方法，该PES膜含有大量的极性官能团O＝S＝O，在锂沉积过程中，极性官能团可以诱导锂离子的均匀形核，从而抑制枝晶生长。

CN112768624A公开了一种在集流体表面通过等离子体技术原位生成金属化合物的方法，能够在调节集流体表面形貌的同时提高集流体对锂的亲和性，从而使得锂离子的形核生长更加均匀。

CN113571710A公开了一种在铜集流体表面自组装改性形成一层Si-O-Si网络结构的方法，将带有-SH官能团的有机硅氧烷和无水乙醇的混合溶液滴加到铜箔上，干燥成膜后将铜箔放入酸溶液中进行水解，真空干燥获得镀膜改性的铜集流体，可提高锂金属电池的电化学性能。上述技术方案虽然在一定程度上能够抑制枝晶的生长，但受限于工艺的复杂性，不具可扩展性和实用性，制约着其大规模应用。

而集流体改性技术对于开发稳定的无负极锂金属电池非常有效。在这种结构中，负极实际上只有一个集流体，在充放电过程中，来自正极的锂在负极集流体上发生沉积/剥离。在锂金属电池中，无负极全电池结构由于能够消除过量锂因而能够实现最高的能量密度。因此，开发一种简单的铜集流体改性方法，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，是提升无负极锂金属电池电化学性能的关键先决条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无负极锂金属电池负极集流体及其制备方法和应用，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物，本发明提供在铜箔表面设置导电高分子聚合物修饰层，以在其表面形成均匀的形核位置，抑制枝晶生长，工艺简单，成本低，较易实现工业化。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种无负极锂金属电池负极集流体，所述负极集流体包括铜箔和设置于所述铜箔表面的导电高分子聚合物修饰层，所述导电高分子聚合物修饰层包括粘结剂和导电高分子聚合物。

本发明在集流体表面设置导电高分子聚合物修饰层，聚合物涂层的高极性可以改善铜基体对电解液的润湿性，从而有利于缓解浓差极化，促进均匀沉积。电高分子聚合物的电导率可以达到1000S/cm，高导电性有利于电子传导，并可以在锂沉积/剥离过程中消散局部电流密度。

优选地，所述导电高分子聚合物修饰层的厚度为5～50μm，例如：5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm等。

优选地，所述铜箔的厚度为5～10μm，例如：5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。