一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法

本发明涉及储能电池，具体涉及一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法。

背景技术：

1、无负极金属电池可以有效解决金属电池因负极金属利用率低而导致的能量密度低的问题，是下一代高能量密度电池的有力候选者。在无负极金属电池中，所有的金属源都来源于正极材料，在负极侧进行沉积/溶解，这使得负极集流体侧金属离子沉积/溶解的库伦效率变得十分重要。

2、集流体由于其具有良好的机械性能以及导电性作为最常见的无负极金属电池的负极，而其表面的非均质性阻碍了集流体的发展。因此，开发一种能够提高金属离子沉积/溶解库伦效率的负极集流体至关重要。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明提供一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法。本发明基于酸处理集流体，将其表面的非均质材料去除的同时形成一层原子级厚度的均质化氯原子层；基于所述表面均质化的集流体的无负极金属电池在金属离子沉积的过程中，均质化的表面能够让金属离子进行三维的扩散以及成核，有利于金属离子的均匀沉积；并且，表面具有一层均质化氯原子层的集流体还可以抑制与电解液有关的副反应，提高金属离子的沉积/溶解库伦效率。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，将浓盐酸与水按照一定体积比混合得稀释的盐酸，将集流体在稀释的盐酸中浸泡，经冲洗、吹干后得到表面具有一层均质化氯原子层的集流体；

4、其中，所述浓盐酸与水的体积比为1：（1~8）。

5、本发明采用特定浓度的盐酸溶液对集流体进行浸泡处理，在将其表面的非均质材料去除的同时形成一层均匀的、原子级厚度的氯原子层，以诱导无负极金属电池中金属离子的沉积行为；本发明中原子级厚度的均质化氯原子层既没有大幅增加集流体的厚度又可以诱导金属离子的均匀沉积，基于所述表面均质化的集流体的无负极金属电池在金属离子沉积的过程中，均质化的氯原子层能够让金属离子进行三维的扩散以及成核，有利于金属离子的均匀沉积，同时均质化的集流体还可以抑制与电解液有关的副反应，实现无负极金属体系中高金属离子沉积/溶解库伦效率。

6、进一步地，所述浓盐酸与水的体积比为1：4。

7、进一步地，所述浓盐酸为浓度36%~38%的盐酸溶液。

8、进一步地，所述集流体选自铜箔、铝箔、钛箔、碳布中一种。

9、更进一步地，所述集流体为铜箔。

10、进一步地，所述集流体在稀释的盐酸中浸泡的时间为1~15 min。

11、更进一步地，所述集流体在稀释的盐酸中浸泡的时间为5 min。

12、进一步地，所述冲洗为用乙醇进行冲洗；用乙醇冲洗经稀释的盐酸浸泡的集流体是为了将残余的酸洗掉。

13、进一步地，所述冲洗的次数为1~5次。

14、更进一步地，所述冲洗的次数为5次。

15、进一步地，所述吹干为用惰性气体进行吹干。

16、进一步地，所述无负极金属电池集流体均质化处理的方法，具体包括以下步骤：

17、（1）取浓盐酸，将其与水按照体积比1：（1~8）混合均匀得稀释的盐酸；

18、（2）将集流体于稀释的盐酸中浸泡1~15 min；

19、（3）将步骤（2）经酸浸泡的集流体用乙醇冲洗至少一次；

20、（4）将步骤（3）经乙醇冲洗的集流体用惰性气体进行吹干，得到表面具有一层均质化氯原子层的集流体。

21、第二方面，本发明提供采用所述方法处理得到的表面具有一层均质化氯原子层的集流体。

22、第三方面，本发明提供所述表面具有一层均质化氯原子层的集流体在无负极金属电池中的应用。

23、第四方面，本发明提供一种无负极金属电池，包括表面具有一层均质化氯原子层的集流体和金属片。

24、进一步地，所述表面具有一层均质化氯原子层的集流体为直径10 mm~16 mm的圆片。

25、更进一步地，所述表面具有一层均质化氯原子层的集流体为直径16 mm的圆片。

26、进一步地，所述金属片选自锂片、钠片、钾片、锌片中的一种。

27、更进一步地，所述金属片为直径12 mm的锌片。

28、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

29、1、本发明通过一定浓度的盐酸对集流体进行浸泡处理，将集流体表面的非均质化层去除，同时形成一层均质化的氯原子层，使得在基于其的无负极金属电池中，金属离子可以进行三维扩散，均匀沉积，并避免了副反应的发生，能够大幅度提高无负极金属电池中金属离子沉积/溶解的可逆性。

30、3、本发明提供的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其工艺简单，过程条件可控，可大面积制备，可促进高能量密度无负极金属电池的规模化、产业化发展。

技术特征：

1.一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，将浓盐酸与水按照一定体积比混合得稀释的盐酸，将集流体在稀释的盐酸中浸泡，经冲洗、吹干后得到表面具有一层均质化氯原子层的集流体；

2.根据权利要求1所述的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，所述浓盐酸与水的体积比为1：4。

3.根据权利要求1所述的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，所述集流体在稀释的盐酸中浸泡的时间为1~15 min。

4.根据权利要求3所述的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，所述集流体在稀释的盐酸中浸泡的时间为5 min。

5.根据权利要求1所述的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，所述集流体选自铜箔、铝箔、钛箔、碳布中一种。

6.根据权利要求5所述的一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，其特征在于，所述集流体为铜箔。

7.采用如权利要求1~6任一项所述方法处理得到的表面具有一层均质化氯原子层的集流体。

8.如权利要求7所述的表面具有一层均质化氯原子层的集流体在无负极金属电池中的应用。

9.一种无负极金属电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的表面具有一层均质化氯原子层的集流体和金属片。

10.根据权利要求9所述的一种无负极金属电池，其特征在于，所述金属片选自锂片、钠片、钾片、锌片中的一种。

技术总结
本发明提供了一种无负极金属电池集流体均质化处理的方法，属于储能电池技术领域。本发明通过将集流体在稀释的盐酸中浸泡，经冲洗、吹干后得到表面具有一层均质化氯原子层的集流体。所述集流体表面的原子级厚度的均质化氯原子层，能够提高金属离子沉积/溶解的库伦效率，从而进一步解决无负极金属电池集流体负极侧金属离子沉积/溶解的库伦效率低、稳定性差等问题；所述表面具有一层均质化氯原子层的集流体，其制备工艺简单，过程条件可控，可大面积制备，可促进高能量密度无负极金属电池的规模化、产业化发展。

技术研发人员：付磊,曾梦琪,沈远浩,汪晨阳
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27