本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種納米晶銅銀合金集流體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著手機(jī)、智能手表、電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速崛起，市場(chǎng)對(duì)具備高能量密度與高安全性的儲(chǔ)能電池的需求日益迫切。在眾多電池技術(shù)中，金屬鋰因其傲人的理論比能量(高達(dá)3860mah/g)以及極低的氧化還原電極電勢(shì)(-3.040v標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，已成為下一代電池負(fù)極材料研究的焦點(diǎn)。然而，金屬鋰負(fù)極在充放電循環(huán)中易形成如針狀或樹枝狀的鋰枝晶，這不僅導(dǎo)致電池容量的不可逆損失，還可能因刺穿隔膜而引發(fā)電池內(nèi)部短路，進(jìn)而帶來過熱、自燃等安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這些問題，科研工作者從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等角度進(jìn)行了諸多嘗試，但目前還不能完美解決金屬鋰負(fù)極的循環(huán)效率低、穩(wěn)定性差、安全性低等問題。抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)還需新的思考角度和新的策略。

2、金屬鋰的初期成核生長(zhǎng)階段對(duì)其后續(xù)的沉積過程具有至關(guān)重要的影響，這直接決定了后續(xù)金屬鋰的穩(wěn)定性。因此，有效控制金屬鋰的成核生長(zhǎng)，特別是確保金屬鋰的均勻成核，成為了抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的關(guān)鍵所在。然而，目前廣泛使用的銅箔集流體由于其表面不平整以及存在的缺陷，導(dǎo)致在金屬鋰的成核階段就容易出現(xiàn)不均勻的富集現(xiàn)象，這極大地增加了鋰枝晶產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。因此，尋求一種能誘導(dǎo)鋰金屬均勻成核的負(fù)極集流體，對(duì)于鋰金屬負(fù)極發(fā)展尤為重要。

3、目前誘導(dǎo)鋰金屬均勻成核的負(fù)極集流體方，常通過引入合金元素，在現(xiàn)有銅集流體表面形成合金層，對(duì)現(xiàn)有銅集流體表面進(jìn)行修飾。這種修飾方式一方面會(huì)犧牲原有集流體的導(dǎo)電性能，另一方面會(huì)存在界面結(jié)合力差的問題。例如：專利cn108550858a公開了一種抑制鋰枝晶的銅鋅合金集流體，在該專利中通過磁控濺射在基底材料上覆蓋一層銅錫合金。專利cn114400331a公開了一種可提高金屬鋰循環(huán)穩(wěn)定性的負(fù)極集流體制備方法，在該專利中通過物理氣相沉積在銅箔表面覆蓋一層銅錫合金層。

4、上述方法都是通過簡(jiǎn)單的在銅箔表面覆蓋一層合金層，大量犧牲原有集流體導(dǎo)電性能來改善鋰枝晶生長(zhǎng)，同時(shí)還存在界面結(jié)合力差等問題。因此需尋求一種新的方法能夠誘導(dǎo)鋰金屬均勻成核，而且導(dǎo)電性不會(huì)嚴(yán)重?fù)p失的同時(shí)還具有優(yōu)異的界面結(jié)合力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，改善鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性、安全性等，并提高集流體的強(qiáng)度，且不嚴(yán)重?fù)p失導(dǎo)電性，本發(fā)明提供了一種納米晶銅銀合金集流體及其制備方法，銅銀合金集流體中銀元素能夠分散金屬鋰的成核位點(diǎn)，降低成核勢(shì)壘，誘導(dǎo)金屬鋰均勻沉積。本發(fā)明中納米晶銅銀合金集流體是通過直流電沉積方法得以實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明中納米晶銅銀合金箔替代銅箔作為負(fù)極集流體，其中銅銀合金中銀原子的含量為1％～15％，通過控制沉積電流密度或鍍液成分得以實(shí)現(xiàn)的。

2、在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種納米晶銅銀合金集流體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述納米晶銅銀合金集流體中銀原子的含量為1％～15％。銅銀合金集流體中銀元素能夠分散金屬鋰的成核位點(diǎn)，降低成核勢(shì)壘，誘導(dǎo)金屬鋰均勻沉積。

3、在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提出了一種制備納米晶銅銀合金集流體的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

4、1)將硫酸銅、焦磷酸鉀、去離子水進(jìn)行混合處理，得到混合a溶液；

5、2)將碘化鉀、硝酸鉀、硝酸銀、去離子水中進(jìn)行混合處理，得到混合b溶液；

6、3)將所述a溶液與所述b溶液進(jìn)行混合處理，得到c溶液；

7、4)將細(xì)化劑與所述c溶液進(jìn)行混合處理，得到d溶液，

8、5)將陽極銅板和陰極鎳板置入所述d溶液中進(jìn)行沉積處理，得到所述納米晶銅銀合金集流體。通過控制沉積電流密度或鍍液成分得以實(shí)現(xiàn)得到銅銀合金中銀原子的含量為1％～15％。銅銀合金集流體中銀元素能夠分散金屬鋰的成核位點(diǎn)，降低成核勢(shì)壘，誘導(dǎo)金屬鋰均勻沉積。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述方法還可以進(jìn)一步包括如下附件技術(shù)特征至少之一：

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟1)中所述硫酸銅和所述焦磷酸鉀的質(zhì)量濃度比為(20-100)：(60-300)。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟1)中所述硫酸銅和所述焦磷酸鉀的質(zhì)量濃度比為(50-80)：(150-240)。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟2)中所述碘化鉀、所述硝酸鉀與所述硝酸銀的質(zhì)量濃度比為(150-240)：(5-15)：(0.15-1.5)。

13、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟2)中所述a溶液與所述b溶液的用量比為1：1.2。

14、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟2)中所述a溶液與所述b溶液的用量比為1:1。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述混合處理的溫度為40～60℃。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述混合處理是在攪拌下進(jìn)行的，所述攪拌速度為200～800rpm。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述細(xì)化劑為硫脲、2-巰基苯并咪唑或聚二硫二丙烷磺酸鈉。

18、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述沉積處理是使用直流電源進(jìn)行的。

19、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述直流電源的電流密度為2～20ma/cm2。

20、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述沉積處理的時(shí)間為30～120min。

21、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述陽極銅板和陰極鎳板是經(jīng)過打磨、水洗、無水乙醇清洗后晾干的陽極銅板和陰極鎳板。

22、在本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明還提出了一種電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述電池包括前面所述的納米晶銅銀合金集流體或根據(jù)前面所述的方法制備得到的納米晶銅銀合金集流體。

技術(shù)特征：

1.一種納米晶銅銀合金集流體，其特征在于，所述納米晶銅銀合金集流體中銀原子的含量為1％～15％。

2.一種制備納米晶銅銀合金集流體的方法，其特征在于，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1)中所述硫酸銅和所述焦磷酸鉀的質(zhì)量濃度比為(20-100)：(60-300)；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述碘化鉀、所述硝酸鉀與所述硝酸銀的質(zhì)量濃度比為(150-240)：(5-15)：(0.15-1.5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中所述a溶液與所述b溶液的用量比為1:1.2；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述混合處理的溫度為40～60℃；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述細(xì)化劑為硫脲、2-巰基苯并咪唑或聚二硫二丙烷磺酸鈉。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述沉積處理是使用直流電源進(jìn)行的；

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述陽極銅板和陰極鎳板是經(jīng)過打磨、水洗、無水乙醇清洗后晾干的陽極銅板和陰極鎳板。

10.一種電池，其其特征在于，所述電池包括權(quán)利要求1所述的納米晶銅銀合金集流體或根據(jù)權(quán)利要求2-9任一項(xiàng)所述的方法制備得到的納米晶銅銀合金集流體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種納米晶銅銀合金集流體及其制備方法，該納米晶銅銀合金集流體中銀原子的含量為1％～15％。銅銀合金集流體中銀元素能夠分散金屬鋰的成核位點(diǎn)，降低成核勢(shì)壘，誘導(dǎo)金屬鋰均勻沉積。

技術(shù)研發(fā)人員：張文斌,孫云龍,蘇航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽得壹能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14