[发明专利]一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法及其在锂金属电池阳极中的应用，其制备方法是在铜集流体上生长一种含氟的金属有机框架材料——四氟对苯二甲酸铜，具体包括以下步骤：（1）铜集流体预处理；（2）利用铜集流体原位制备四氟对苯二甲酸铜修饰层；（3）将四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体洗涤干燥。本发明提供的材料能够作为负极集流体运用于锂金属电池中，反应过程简便易于控制，产物无需提纯，无需煅烧等其他操作步骤。本发明提供的材料作为负极集流体运用于锂金属电池中时，可促进稳定固态电解质界面膜的形成，使得材料表现出较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种集流体的修饰方法和应用，尤其涉及一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法和应用。

背景技术

随着社会的快速发展，人们对高比能能源存储设备的需求愈发迫切。锂金属具有极高的理论比容量（3860 mAh g^-1）、最低的氧化还原电位（-3.04 V相对于标准氢电极）和较小的重量密度（0.534 g cm⁻³），因此锂金属电池是被认为是最有希望的下一代锂离子电池发展方向之一。然而由于锂金属电池在运行过程产生的锂枝晶及不均匀锂沉积导致了严重安全问题，这限制了其实际发展。在集流体表面进行亲锂化学修饰是引导锂金属均匀沉积，避免不均匀成核导致锂枝晶的有效策略之一。此外，通过人工修饰SEI膜，可以抑制锂金属与电解质之间的不利反应，从而避免枝晶生成，是提高锂金属电极稳定性的可行方式。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种循环稳定性好的四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体；本发明的另一目的在于提供一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法；本发明的另一目的在于提供一种四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体在锂金属电池中作为集流体的应用。

技术方案：本发明所述的四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体，其表面均匀覆盖有原位生成的四氟对苯二甲酸铜修饰层，该修饰层由铜集流体和含氟有机配体四氟对苯二甲酸通过原位反应形成。

所述四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体的制备方法，包括以下步骤：

（1）铜集流体预处理；

（2）将预处理后的铜集流体置于四氟对苯二甲酸溶液中，搅拌反应，得到四氟对苯二甲酸铜修饰的集流体；

（3）将上述集流体洗涤后，在惰性气体或真空下晾干。

进一步地，所述步骤（1）中铜集流体为铜箔、铜网或泡沫铜；预处理步骤为用稀酸溶液浸泡铜集流体以清洗表面氧化物，接着用去离子水清洗极片，并于惰性气体或真空下晾干。所述稀酸为稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸，浓度为0.5-1.5 mol/L；所述极片的洗涤次数为3-5次；所述惰性气体为氮气或氩气，晾干温度为0-60℃。

进一步地，所述步骤（2）中四氟对苯二甲酸溶液的浓度为0.01-0.2 mol/L；溶剂为去离子水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺或甲醇中的至少一种；反应温度为0-60℃；搅拌速度为1-50 r/s；搅拌时间为12-96小时。

进一步地，所述步骤（3）中洗涤溶剂为甲醇、乙醇或去离子水中的至少一种，洗涤次数为3-5次；惰性气体为氮气或氩气；温度为0-60℃。

所述的四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体能作为集流体应用在锂金属电池中。

本发明所述的四氟对苯二甲酸铜修饰的铜集流体，其本质是由四氟对苯二甲酸为配体与铜集流体原位形成修饰层，这种修饰层可改善铜表面的亲理性，并在循环过程中提供氟源，促进稳定的固态电解质膜界面（SEI）的形成，从而使得锂金属得以在集流体表面均匀沉积，提高锂金属电池的电化学性能。