[发明专利]一种碱金属基复合负极及其应用

说明书

本发明公开了一种碱金属基复合负极及其应用，该碱金属基复合负极包括碱金属，以及均匀分布于碱金属中的氟化碳材料；该碱金属基复合负极经熔融浸润法制备得到，所述氟化碳材料在碱金属中呈现平铺状。本发明将氟化碳材料引入到碱金属，在充放电过程中可以原位形成碱金属的氟化物，该氟化物和碳材料形成协同效应，在充放电过程中形成均匀的电场，从而促进碱金属的均匀沉积，有效抑制碱金属枝晶的形成和碱金属与电解质的界面反应，提高碱金属电池的安全性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及储能电池的技术领域，具体涉及一种碱金属基复合负极及其应用。

背景技术

虽然锂离子电池在二次电池中仍然占有主导地位，但随着新能源汽车对锂离子电池能量密度要求越来越高，而传统的基于嵌入反应的锂离子电池的能量密度已达极限，即以石墨为负极的锂离子电池的能量密度已接近瓶颈值，开发以金属锂为负极的锂电池(包括锂硫电池、锂空电池)势在必行。另一方面，随着新能源汽车的发展，锂资源的消耗很快，但锂在地球上的储量非常有限，相比之下，钠和钾的储量较丰富，可以满足大规模的使用。因此，开发新型的基于钠和钾的电池已成为当前研发的热点。

但是，直接使用碱金属为负极的电池的一个致命问题是碱金属在充放电循环中会形成锂枝晶，引发电池的安全问题。另外，碱金属与液态电解质及一些固态电解质的相容性较差，长期循环将导致碱金属的腐蚀或界面钝化层的形成，从而降低电池的循环寿命。因此，为了提高碱金属电池的安全性和寿命，必须对碱金属作保护处理。

以往的研究集中在碳材料和氟化物对碱金属进行保护，如公开号为CN 108063218A的中国专利文献中公开了一种薄层金属锂基负极的制备方法，负极先已铜箔集流体为基底，采用化学气相沉积法在铜箔集流体表面合成单层石墨烯薄膜，以此铜箔支撑的石墨烯为负极，以富锂材料或锂盐作正极组成成锂电池，再施加电流使富锂材料或锂盐中的锂沉积在铜箔支撑的石墨烯中，得到金属锂/石墨烯复合负极，用该方法虽然可得到比较均匀的复合负极，适合于比较薄的电极，但当电极较厚时，易造成锂在石墨烯中分布的不均匀，另外，碳材料虽然对抑制锂枝晶效果较好，但对电极进行保护、抑制与电解质的反应效果较弱。

又如授权公开号为CN 207441857U的中国专利文献中公开了一种金属锂/人工无机盐复合电极，该复合电极采用磁控溅射法在金属锂表面沉积无机物后得到，所述无机物如氟化锂、溴化锂、氯化锂等，该方法虽然可以得到相对均匀的表面包覆层，但同样仅适合于薄的电极，并且不易实现大规模制备，另外，由于无机物电导率较低，单纯无机化合物的引入会造成电极电导率的下降。

发明内容

本发明公开了一种新型的碱金属基复合负极，可有效抑制碱金属枝晶的形成和碱金属与电解质的界面反应，提高碱金属电池的安全性能和循环稳定性。

具体技术方案如下：

一种碱金属基负极，包括碱金属，以及均匀分布于碱金属中的氟化碳材料；

所述碱金属基复合负极经熔融浸润法制备得到；

所述氟化碳材料在碱金属中呈现平铺状。

本发明首次通过熔融浸润法将氟化碳材料引入到碱金属，在充放电过程中可以原位形成碱金属的氟化物，由于碱金属的氟化物和碳材料紧密接触，存在键合或部分键合作用，氟化物和碳材料形成协同效应，在充放电过程中形成均匀的电场，从而促进碱金属的均匀沉积，有效抑制碱金属枝晶的形成提高碱金属电池的安全性；另一方面，原位形成的氟化物和碳材料将有效保护碱金属，抑制碱金属与有机电解质或固态电解质的反应，提高碱金属与电解质的界面稳定性从而提高电池的循环寿命；再者，原位引入的碳材料可以提高复合负极的电导率，从而降低电极的极化。

所谓极化，是指电极充电或放电时偏离原点的绝对值。