一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的方法与流程

本发明涉及负极材料，尤其涉及一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的方法。

背景技术：

1、随着移动装置技术的发展和对移动装置需求的增加，对于作为能源的二次电池的需求已快速增加。在这些二次电池之中，表现出高能量密度和操作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已被商业化且广泛使用。与此同时，锂金属由于其超低的电化学势(-3.04v)以及超高的能量密度(3860mah·g-1)获得了广泛的关注，被认为是最有潜力成为下一代商用二次电池负极材料的候选者之一。然而，锂金属在电化学循环过程中极易与电解液发生反应，这种反应会在锂金属表面形成不均匀的界面层，使得锂离子无法均匀地沉积在锂金属负极的表面，从而导致大量锂枝晶的生成。锂枝晶的不断生长一方面可能刺破隔膜造成电池内部短路，引起火灾甚至爆炸，另一方面不断生长的锂枝晶尖端有可能脱离底部形成游离的绝缘死锂，大大降低电池的库伦效率。因此，提供一种有效的并且可以商业化应用的方法来促进锂离子均匀沉积到锂金属负极的表面，从而获得无枝晶的锂负极是极具研究意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的方法，利用本发明提供的方法，制备的所述单原子锰/锂复合负极利用samn作为三维集流体骨架，不仅能增强所述单原子锰/锂复合负极的机械强度，还能促进循环过程中锂离子的均匀脱嵌，同时利用samn对锂具有良好的亲和性，可以促进锂金属在循环过程中的均匀沉积，减少锂枝晶的产生并减少死锂，提升电池的循环性能，延长电池使用寿命，并且可商业化。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的方法，包括以下步骤：

4、(1)将氯化钠、二氰二胺、葡萄糖、水溶性锰盐和水混合后，依次进行冷冻和干燥，得到前驱体；

5、将所述前驱体依次进行碳化，得到碳化物料；

6、将所述碳化物料进行焙烧，得到三维碳基锰单原子材料；

7、(2)在惰性气氛中，将所述步骤(1)制备的三维碳基锰单原子材料均匀铺在锂箔表面，进行机械辊压，得到单原子锰/锂复合负极。

8、优选地，所述步骤(1)中葡萄糖和水溶性锰盐的质量比为620：(1.5～66)。

9、优选地，所述步骤(1)中氯化钠、二氰二胺和葡萄糖的质量比为(6～10)：(0.5～2)：(0.3～1)。

10、优选地，所述步骤(1)中干燥的温度为-60～-40℃，所述干燥的压力为0.1～10pa，所述干燥的时间为45～55h。

11、优选地，所述步骤(1)中碳化在惰性气氛下进行，所述碳化的温度为700～780℃，所述碳化的时间为1～6h。

12、优选地，所述步骤(2)中三维碳基锰单原子材料和锂箔的质量比为1：(15～30)。

13、优选地，所述步骤(2)中机械辊压的辊压压力为0.5～10吨，所述机械辊压的辊压速率为0.1～2m/min。

14、优选地，所述步骤(2)中机械辊压的辊压的次数为5～50。

15、优选地，所述步骤(2)中机械辊压的方式为：沿辊压方向将上次辊压得到的锂箔折叠，得到折叠的锂箔，再将所述折叠的锂箔旋转90度，之后进行下次辊压。

16、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的单原子锰/锂复合负极。

17、本发明提供了一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的制备方法，以氯化钠、二氰二胺、葡萄糖和水溶性锰盐为原料，制备的锰元素以单原子形式均匀分散的三维碳基锰单原子材料(又称为samn)，在惰性气氛中，通过机械辊压将锂金属与三维碳基锰单原子材料均匀地混合在一起，使得三维碳基锰单原子材料均匀分布，得到各元素分布均匀的单原子锰/锂复合负极，并且所述单原子锰/锂复合负极利用samn作为三维集流体骨架，不仅能增强所述单原子锰/锂复合负极的机械强度，还能促进循环过程中锂离子的均匀脱嵌，同时利用samn对锂具有良好的亲和性，可以促进锂金属在循环过程中的均匀沉积，减少锂枝晶的产生并减少死锂，提升电池的循环性能，延长电池使用寿命，并且可商业化。

技术特征：

1.一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中葡萄糖和水溶性锰盐的质量比为620：(1.5～66)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氯化钠、二氰二胺和葡萄糖的质量比为(6～10)：(0.5～2)：(0.3～1)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥的温度为-60～-40℃，所述干燥的压力为0.1～10pa，所述干燥的时间为45～55h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳化在惰性气氛下进行，所述碳化的温度为700～780℃，所述碳化的时间为1～6h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中三维碳基锰单原子材料和锂箔的质量比为1：(15～30)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中机械辊压的辊压压力为0.5～10吨，所述机械辊压的辊压速率为0.1～2m/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中机械辊压的辊压的次数为5～50。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中机械辊压的方式为：沿辊压方向将上次辊压得到的锂箔折叠，得到折叠的锂箔，再将所述折叠的锂箔旋转90度，之后进行下次辊压。

10.权利要求1～9任一项所述方法制备得到的单原子锰/锂复合负极。

技术总结
本发明提供了一种机械辊压制备单原子锰/锂复合负极的制备方法，以氯化钠、二氰二胺、葡萄糖和水溶性锰盐为原料，制备的锰元素以单原子形式均匀分散的三维碳基锰单原子材料，在惰性气氛中，通过机械辊压将锂金属与三维碳基锰单原子材料均匀地混合在一起，得到各元素分布均匀的单原子锰/锂复合负极，并且所述单原子锰/锂复合负极利用SAMn作为三维集流体骨架，不仅能增强所述单原子锰/锂复合负极的机械强度，还能促进循环过程中锂离子的均匀脱嵌，同时利用SAMn对锂具有良好的亲和性，可以促进锂金属在循环过程中的均匀沉积，减少锂枝晶的产生并减少死锂，提升电池的循环性能，延长电池使用寿命，并且可商业化。

技术研发人员：古小康,张倩楠,翟清玮
受保护的技术使用者：济南中瑞泰新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15