【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰金屬電池，具體涉及一種復合鋰金屬負極材料的制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著科學技術(shù)的發(fā)展，全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求不斷增加，傳統(tǒng)化石能源的資源短缺和環(huán)境排放問題也日益突出。而鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保的儲能技術(shù)越來越受到人們的鐘愛，然而鋰離子電池由于其低能量密度、循環(huán)壽命有限和安全性問題等，限制了其進一步應用的發(fā)展，越來越不能滿足人們對于能源的需求。
2、為了滿足日益增長的市場需求，科學家發(fā)現(xiàn)采用金屬鋰作為陽極的鋰金屬電池(lmbs)具有更大的后發(fā)優(yōu)勢。與鋰離子電池相比，鋰金屬電池具有低至0.53g/cm3的質(zhì)量密度和-3.04v的陽極電位以及高至3860mah·g-1的理論能量密度，顯然遠高于目前已經(jīng)大規(guī)模使用的鋰離子電池中的石墨陽極(372mah·g-1)，因此鋰金屬電池被很多人稱為“圣杯電極”，也是高性能電動汽車和大功率便攜式電子設備最有希望的候選材料之一。同時隨著智能手機、平板電腦、筆記本電腦等便攜式電子設備的廣泛普及，推動了鋰金屬電池在移動設備領(lǐng)域的快速發(fā)展。鋰金屬電池作為這些設備的主要電源，需要具備高能量密度、長循環(huán)壽命和安全性能等優(yōu)勢。
3、鋰金屬電池雖然有超高的理論容量，但其安全問題和循環(huán)穩(wěn)定性問題成為限制其發(fā)展的重要因素，而這兩個限制因素本質(zhì)上都可以歸咎于鋰負極上不斷生長的鋰枝晶。鋰枝晶是鋰離子在沉積和析出的過程中鋰負極表面形成的樹枝狀金屬鋰，鋰枝晶的存在是金屬鋰電池發(fā)展的巨大阻礙因素之一，其造成的電池庫侖效率低、容量衰減快、消耗電解液和安全問題都是鋰金屬電池發(fā)展需要克
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種復合鋰金屬負極材料的制備方法，采用溶劑熱法制備出金屬有機框架(bi-mof)晶體，然后把所得的粉末通過液壓機進行擠壓，得到一種具有一定厚度圓形的片狀mof材料，在氬氣的氣氛下通過納秒脈沖激光，誘導碳化直接轉(zhuǎn)化為摻鉍的多孔碳薄膜，可以實現(xiàn)了金屬納米顆粒尺寸和多孔碳結(jié)構(gòu)的可控。
2、本專利技術(shù)的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種復合鋰金屬負極材料的制備方法，包括如下步驟：
3、1.采用溶劑熱法制備bi-mof：在100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯鋼反應器中溶劑熱條件下進行合成，在室溫下將750mg?1、3、5-苯三甲酸(btc)和150mg五水水合硝酸鉍依次溶解在50mln、n二甲基甲酰胺(dmf)/10ml乙醇(meoh)去離子水的60ml混合溶液中；粉末完全溶解后，將透明混合物轉(zhuǎn)移到反應器中；密封后，將高壓釜在120℃下保存24小時，然后冷卻至室溫，通過離心收集沉淀物，用去離子水和甲醇洗滌幾次，然后在干燥箱中真空下以80℃加熱6小時，以除去mof中的水；
4、2.圓形薄膜的制備：首先將圓形模具用無水乙醇預清洗并在真空中干燥。將100mg步驟1制備的產(chǎn)物mof粉末置于圓形模具中，然后將帶有mof粉末模具放在油壓機中進行壓制；
5、3.多孔碳薄膜制備：將步驟2中通過油壓機制備的圓形薄膜處于氬氣的氣氛下，然后利用納秒脈沖激光進行激光照射，最終得到的多孔碳薄膜作為鋰金屬電池的負極材料。
6、進一步的，所述步驟1中高壓釜使用具體設置為升溫一小時，升溫溫度為120℃，然后在120℃下保存24小時，最后降溫3小時，降溫溫度為50℃。
7、進一步的，所述步驟1中的洗滌采用高速離心機進行洗滌，每次設置轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)，時間為30分鐘。
8、進一步的，所述步驟2中圓形模具的直徑為20mm。
9、進一步的，所述步驟2中使用的油壓機參數(shù)具體為：壓力20mpa，時間3min。
10、進一步的，所述步驟3中使用的納秒脈沖激光參數(shù)具體為：焦距調(diào)整為350mm、波長為1064nm、脈沖持續(xù)時間為80ns、頻率為20khz、功率設置在20-25w的范圍內(nèi)、激光掃描路線以100mm?s-1。
11、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
12、(1)本專利技術(shù)通過溶劑熱法制備出bi-mof晶體粉末，通過油壓機進行擠壓制備出圓形薄膜，然后通過納秒脈沖激光技術(shù)進行激光照射，最終得到多孔碳薄膜作為復合鋰金屬負極材料，得到的形成含有的鉍納米顆粒具有親鋰性能夠優(yōu)先誘導鋰成核，降低鋰的成核電位，有助于鋰的均勻沉積，抑制鋰枝晶的形成。同時多孔碳的多空結(jié)構(gòu)不僅能夠提供了離子的傳輸通道而且能夠有效地適應鋰剝離和電鍍時的體積變化。得益于bi納米粒子與多孔碳的協(xié)同作用，該復合材料不僅可以減少離子/電子擴散途徑，增強反應動力學，還可以有效緩解合金/脫合金過程中的體積膨脹。因此對于改善鋰金屬電池的循環(huán)性能具有重要的作用，極大的提升了鋰金屬電池的庫倫效率、循環(huán)壽命及安全穩(wěn)定性。
13、(2)本專利技術(shù)采用納秒脈沖激光技術(shù)進行激光照射，此方法簡單，可重復操作性好，能夠節(jié)約大量的時間，提高了它的制作效率，對于鋰金屬電池的發(fā)展具有重要的推進作用。
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1.一種復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中高壓釜使用具體設置為升溫一小時，升溫溫度為120℃，然后在120℃下保存24小時，最后降溫3小時，降溫溫度為50℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中的洗滌采用高速離心機進行洗滌，每次設置轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)，時間為30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中圓形模具的直徑為20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中使用的油壓機參數(shù)具體為：壓力20MPa，時間3min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中使用的納秒脈沖激光參數(shù)具體為：焦距調(diào)整為350mm、波長為1064nm、脈沖持續(xù)時間為80ns、頻率為20kHz、功率設置在20-25W的范圍內(nèi)、激光掃描路線以100mm?s-1。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中高壓釜使用具體設置為升溫一小時，升溫溫度為120℃，然后在120℃下保存24小時，最后降溫3小時，降溫溫度為50℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中的洗滌采用高速離心機進行洗滌，每次設置轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)，時間為30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合鋰金屬負...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧春蘭，高帥雨，李琳，羅艷榮，那兆霖，劉旭東，惠宇，王興安，
申請(專利權(quán))人：大連大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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