[发明专利]一种超薄金属有机框架修饰Li负极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种超薄金属有机框架修饰Li负极的制备方法，涉及固态电池技术领域，包括以下步骤：使用氨水和CuSO₄·5H₂O水溶液制备Cu(OH)₂纳米片、将Cu(OH)₂纳米片分散并在Li箔上铺展和干燥，制备Cu(OH)₂/Li箔、将单体溶解后倒在Cu(OH)₂/Li箔上，烘干后得到超薄金属有机框架修饰的Li负极。本发明还公开了超薄金属有机框架修饰的Li负极在硫化物全固态电池中的应用。本发明通过超薄金属有机框架修饰Li负极的制备工艺，生产出能够进行亲锂位点的自调整分布的垂直生长的纳米片，解决了Li枝晶生长、电解质消耗和阳极体积膨胀等问题。这种MOF修饰Li负极的界面工程可以有效调节锂沉积，抑制锂枝晶的生长；改善硫化物全固态电解质和Li负极之间的界面；提高电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，尤其涉及一种超薄金属有机框架修饰Li负极的制备方法及其应用。

背景技术

目前，锂离子电池已商用，但传统的锂离子电池由于采用液态的电解液具有明显的安全隐患，例如液态有机电解质易燃，易挥发，易腐蚀。相比之下，全固态电池所采用的固态电解质，不燃不挥发，保证了电池的安全性，也可以避免在电池循环过程中液态电解质干涸导致的电池寿命短的问题。在已开发的固态电解质中，硫化物固态电解质由于其室温电导率高，热稳定性好在固态电池方面优势突出，是具有前景的固态电解质。

尽管硫化物固态电解质很有前途，但脆弱的SEI层不能抑制Li枝晶生长、电解质消耗和阳极体积膨胀等问题，严重阻碍了高安全性锂离子电池的发展。金属-有机框架材料由于其形态可控和表面官能团可修饰，在储能系统中具有广阔的应用前景。也被证明适合作为锂离子电池中的电解质添加剂和分离改性剂，通过强化SEI层和均匀化Li电镀/剥离过程，可以有效抑制Li枝晶。然而，这些方法仍然不能解决大块金属Li负极的体积膨胀问题和未改性SEI的界面阻抗问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种超薄金属有机框架修饰Li负极的制备方法以及该方法制备的超薄金属有机框架修饰的Li负极在全固态电池领域的应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是大块金属Li负极的体积膨胀问题和未改性SEI的界面阻抗问题。本发明通过生产出能够进行亲锂位点的自调整分布的垂直生长的纳米片，该纳米片能够促进界面电荷转移、均匀的锂离子通量和致密的Li沉积形貌。基于该界面工程的硫化物全固态电池循环稳定性和速率性能均有显著提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种超薄金属有机框架修饰Li负极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将氨水滴加到CuSO₄·5H₂O水溶液中，搅拌；滴加强碱的水溶液，搅拌；在40℃下静置，离心，使用第一有机溶剂洗涤后干燥得产物Cu(OH)₂纳米片；

步骤2、惰性氛围下，通过超声将所述Cu(OH)₂纳米片分散在超干第一有机溶剂中获得分散液；然后将所述分散液倒在平整的Li箔上并均匀铺展，在室温下干燥，得到Cu(OH)₂/Li箔；

步骤3、惰性氛围下，将单体溶解于第二有机溶剂中获得混合溶液，将所述混合溶液倒在所述步骤2中的所述Cu(OH)₂/Li箔上，室温放置后，置于加热板上烘干8-12h，得到超薄金属有机框架修饰的Li负极。