一种锂金属电池用负极材料、制备方法及应用

1.本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂金属电池用负极材料、制备方法及应用。


背景技术：

2.人们对锂电池的能量密度的需求越来越高，但是以石墨为负极的锂离子电池已达到理论极限，很难进一步提升能量密度。即便锂金属能代替石墨，能大幅提高电池的能量密度，但锂金属在充放电过程中的锂离子的电化学行为不受控制，容易形成锂枝晶，它会刺破sei膜，导致循环寿命下降，随着枝晶的生长，甚至会刺破隔膜，导致短路，发生安全问题。另外锂金属化学性质活泼，与电解液接触时会发生不可逆的副反应，形成固态电解质界面膜（sei膜），消耗宝贵的电解液和锂金属。并且锂金属在充放电过程中会产生体积变化，导致电池在充放电过程中内部形成压力，影响电池的寿命和安全。
3.专利cn201810079938.5中公开了一种锂金属电池用负极材料及其制备方法和应用，提出了用三聚氰胺中的官能基团与锂离子的相互作用实现锂离子的平稳沉积，同时抑制体积膨胀，缓解电池内部应力，从而达到抑制锂枝晶生长的目的。但该技术方案中的三聚氰胺泡沫的孔隙率在90%以上，虽然这些空隙可以为锂离子的电化学沉淀提供空间，但同时也使电解液进入到空隙中，并没有解决锂金属与电解液接触带来的副反应问题，并且三聚氰胺泡沫中的骨架会破坏锂金属与电解液反应生成的固体电解质界面膜（sei膜）的完整性，在充放电过程中引起sei膜的不断破裂，进而导致锂金属和电解液持续发生不可逆的副反应，最终导致电池内阻变大，寿命下降。
4.专利cn202011437477.8中公开了一种锂金属负极及其制备方法和应用，提出了利用三聚氰胺泡沫和聚苯胺制备锂金属负极的缓冲层，该缓冲层利用三聚氰胺的弹性使锂金属负极可以适应充放电过程中的体积变化，利用聚苯胺的弱导电性，分散枝晶尖端电流，均化锂离子浓度，抑制枝晶生长。但该技术方案中仅仅利用了三聚氰胺的弹性性能，并且该技术方案中的聚苯胺的弱导电性虽然能够分散枝晶尖端电流，均化锂离子浓度，抑制枝晶生长，但是聚苯胺的弱导电性使电化学反应发生在缓冲层表面，这使电池更容易短路，并且该技术方案依然没有将锂金属和电解液隔离，依然不可避免发生副反应。
5.因此，目前的锂金属作为负极材料存在电极/电解液的界面不稳定、体积易变化和易产生锂枝晶的问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是目前的锂金属作为负极材料存在电极/电解液的界面不稳定、体积易变化和易产生锂枝晶的问题，目的在于提供一种锂金属电池用负极材料、制备方法及应用，解决了目前的锂金属作为负极材料存在电极/电解液的界面不稳定、体积易变化和易产生锂枝晶的问题。
7.本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本技术提供一种锂金属电池用负极材料，包括三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂；所述三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为（4~8）：（1~4）：（1~2）。
8.本技术的技术方案提升锂金属负极材料的电化学性能的原理如下：三聚氰胺中的胺基具有极性，利用三聚氰胺中的氨基对锂离子的吸附，在锂金属负极内部构建电化学活性空间，锂化碳纳米管具有良好的锂离子传导能力，同时与锂接触可以保持电化学稳定，利用锂化碳纳米管将锂金属与电解液隔离，减少副反应的发生，聚偏氟乙烯粘结剂与电解液不互溶，利用聚偏氟乙烯粘结剂将三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管结合成一个整体，充电时，锂离子通过锂化碳纳米管到达三聚氰胺晶格中，与从集流体过来的电子结合后，被三聚氰胺的极性官能团吸附，随着充电的进行，锂原子从集流体开始生长，从而实现了锂离子均匀的电化学沉淀，抑制了锂枝晶生长，同时锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯将电解液和锂金属隔离，避免了电解液和锂金属发生不可逆的副反应。
9.进一步的，所述锂化碳纳米管的制备方法为：锂箔加热至熔融态，然后将碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管。
10.进一步的，锂箔在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下加热。
11.第二方面，本技术提供一种锂金属电池用负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备锂化碳纳米管；步骤2：将步骤1中制备的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒进行研磨，使其形成均匀的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物；步骤3：将聚偏氟乙烯粉末溶于n-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤4：将步骤2中得到的均匀的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物加入到步骤3中制备的含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中研磨，使其形成均匀的浆料；步骤5：将步骤4中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后进行干燥，在铜箔上形成一层薄膜；步骤6：将步骤5中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤7：将步骤6中得到的不含锂的负极材料进行电镀处理，得到含锂的负极材料。
12.进一步的，步骤1中锂化碳纳米管的制备方法为：锂箔加热至熔融态，然后将碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管。
13.进一步的，锂箔在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下加热。
14.进一步的，步骤3中含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中的聚偏氟乙烯的浓度为5mg/ml-15mg/ml。
15.进一步的，步骤5中的薄膜厚度为30μm-100μm。
16.进一步的，步骤5中的干燥方法为：先在非真空环境中干燥，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后再在真空环境中干燥。
17.第三方面，本技术提供一种上述锂金属电池用负极材料和制备方法制备的锂金属电池用负极材料在制备锂金属固态电池和锂金属液态电池中的应用。
18.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明利用锂化碳纳米管作为锂金属和电解液之间的过渡层，该过渡层与电解液
和锂金属接触时，均能保持电化学稳定，可以避免电解液和锂金属发生副反应，同时锂化碳纳米管可以传导锂离子，在负极内部形成锂离子传输通道，为负极内部提供了良好的电化学动力学性能，三聚氰胺的氨基具有极性，可以控制锂离子的电化学沉淀，从而抑制了锂枝晶的生长，从而使得采用本技术的技术方案制备的锂金属电池用负极材料具有更高的循环寿命和安全性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：图1为本发明实施例1中的锂金属电池用负极材料的扫描电镜图；图2为本发明实施例2中的锂金属电池用负极材料的扫描电镜图；图3为本发明实施例3中的锂金属电池用负极材料的扫描电镜图；图4为本发明实施例4中的锂金属电池用负极材料的扫描电镜图；图5为本发明实施例5中的锂金属电池用负极材料的扫描电镜图；图6为本发明对比例1中的负极材料与钴酸锂组成的全电池第100次充放电曲线图；图7为本发明对比例2中的负极材料与钴酸锂组成的全电池第100次充放电曲线图；图8为本发明实施例1中的负极材料与钴酸锂组成的全电池第100次充放电曲线图；图9为本发明对比例3中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图；图10为本发明实施例1中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图。
20.图11为本发明实施例2中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图。
21.图12为本发明实施例3中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图。
22.图13为本发明实施例4中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图。
23.图14为本发明实施例5中的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池第100次充放电曲线图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.实施例1该实施例提供一种锂金属电池用负极材料，包括三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂；三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为8:1:1。
28.该实施例中的锂金属电池用负极材料的制备方法如下：步骤1：在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下，将0.2g锂箔在400℃的条件下加热，使其变成熔融态，将2g碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管；步骤2：将步骤1中得到的1g锂化碳纳米管与8g三聚氰胺纳米颗粒研磨1小时，使其形成均匀的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物；步骤3：将1g聚偏氟乙烯粉末溶于100mln-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤4：将步骤2中得到的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物加入到步骤3中得到的含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中，研磨2小时，使其形成均匀的浆料；步骤5：将步骤4中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后在60℃条件下干燥12小时，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后在60℃的真空条件下再干燥24小时，在铜箔上形成一层含有三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯的薄膜，薄膜的厚度为35μm；步骤6：将步骤5中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤7：将步骤6中得到的不含锂的负极材料在0.2 ma cm-2
的电流密度下，电镀20小时，得到含锂面容量为4mah cm-2
的负极材料。
29.对采用上述制备方法制备的锂金属电池用负极材料使用电子扫描镜进行检测，其内部结构的电子扫描图如图1所示。
30.从图上可以看出锂进入到三聚氰胺纳米颗粒内部，三聚氰胺和锂化碳纳米管分布均匀，接触稳定，说明三聚氰胺中的极性官能团能够吸附锂离子，锂化碳纳米管能够为锂离子提供了传输通道。
31.实施例2基于实施例1，该实施例与实施例1的区别在于，该实施例中三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为4:1:1。
32.对采用实施例2的技术方案制备的锂金属电池用负极材料使用电子扫描镜进行检测，其内部结构的电子扫描图如图2所示。
33.从图上可以看出锂进入到三聚氰胺纳米颗粒内部，三聚氰胺和锂化碳纳米管分布均匀，接触稳定，说明三聚氰胺中的极性官能团能够吸附锂离子，锂化碳纳米管能够为锂离
子提供了传输通道。
34.实施例3基于实施例1，该实施例与实施例1的区别在于，该实施例中的三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为4:2:1。
35.对采用实施例3的技术方案制备的锂金属电池用负极材料使用电子扫描镜进行检测，其内部结构的电子扫描图如图3所示。
36.从图上可以看出锂进入到三聚氰胺纳米颗粒内部，三聚氰胺和锂化碳纳米管分布均匀，接触稳定，说明三聚氰胺中的极性官能团能够吸附锂离子，锂化碳纳米管能够为锂离子提供了传输通道。
37.实施例4基于实施例1，该实施例与实施例1的不同之处在于：步骤5中的薄膜厚度为30μm。
38.对采用实施例4的技术方案制备的锂金属电池用负极材料使用电子扫描镜进行检测，其截面的电子扫描图如图4所示。
39.从图上可以看出锂金属分布比较致密，厚度比较均匀，说明锂化碳纳米管能够传导锂离子到负极材料内部，三聚氰胺的极性官能团能够诱导锂离子的电化学沉淀。
40.实施例5基于实施例1，该实施例与实施例1的不同之处在于：步骤5中的薄膜厚度为100μm。
41.对采用实施例5的技术方案制备的锂金属电池用负极材料使用电子扫描镜进行检测，其截面的电子扫描图如图5所示。
42.从图上可以看出从图上可以看出当厚度增加到100μm时，锂金属依然能够充满整个负极材料内部，厚度依然比较均匀，说明当负极材料厚度增加后，锂化碳纳米管依然能够传导锂离子到负极材料内部，三聚氰胺的极性官能团依然能够诱导锂离子的电化学沉淀。
43.对比例1该对比例与实施例1相比，不含有锂化碳纳米管，仅含有三聚氰胺纳米颗粒和聚偏氟乙烯粘结剂，其中三聚氰胺纳米颗粒与聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为8:1。
44.其制备方法如下：步骤1：将1g聚偏氟乙烯粉末溶于100mln-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤2：将三聚氰胺纳米颗粒加入到步骤1中得到的有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中，研磨2小时，使其形成均匀的浆料；步骤3：将步骤2中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后在60℃条件下干燥12小时，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后在60℃的真空条件下再干燥24小时，在铜箔上形成一层含有三聚氰胺纳米颗粒和聚偏氟乙烯的薄膜，薄膜的厚度为35μm；步骤4：将步骤3中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤5：将步骤4中得到的不含锂的负极材料在0.2 ma cm-2
的电流密度下，电镀20小时，得到含锂面容量为4mah cm-2
的负极材料。
45.将采用对比例1的方法制备的负极材料与钴酸锂组成的全电池进行测试，第100次充放电曲线图，如图6所示，测试倍率为1c，测试温度为25℃。从曲线图上可以看出，采用对比例1的方法制备的负极材料的放电比容量为101mah
·
g-1
。
46.对比例2该对比例与实施例1相比，不含有三聚氰胺纳米颗粒，仅含有锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂，其中锂化碳纳米管与聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为1:1。
47.其制备方法如下：步骤1：在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下，将0.2g锂箔在400℃的条件下加热，使其变成熔融态，将2g碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管；步骤2：将1g聚偏氟乙烯粉末溶于100mln-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤3：将步骤1中得到的锂化碳纳米管取1g加入到步骤2中得到的有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中，研磨2小时，使其形成均匀的浆料；步骤4：将步骤3中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后在60℃条件下干燥12小时，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后在60℃的真空条件下再干燥24小时，在铜箔上形成一层含有锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯的薄膜，薄膜的厚度为35μm；步骤6：将步骤5中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤7：将步骤6中得到的不含锂的负极材料在0.2 ma cm-2
的电流密度下，电镀20小时，得到含锂面容量为4mah cm-2
的负极材料。
48.将采用对比例2的方法制备的负极材料与钴酸锂组成的全电池进行测试，第100次充放电曲线图，如图7所示，测试倍率为1c，测试温度为25℃。从曲线图上可以看出，采用对比例2的方法制备的负极材料的放电比容量为122mah
·
g-1
。
49.将采用实施例1中的方法制备的负极材料与钴酸锂组成的全电池进行测试，第100次充放电曲线图，如图8所示。从曲线图上可以看出，采用实施例1的方法制备的负极材料的放电比容量为138mah
·
g-1
。
50.通过将对比例1和对比例2的第100次充放电曲线图与实施例1的第100次充放电曲线图对比，可以看出，经过100次充放电后，对比例1中部含有锂化碳纳米管制备的负极材料的放电容量最小，这是因为负极材料中没有锂化碳纳米管后，负极材料内部的锂会直接与电解液接触，发生不可逆的副反应，从而使负极材料内部的活性锂减少，比容量降低。而对比例2中虽然含有锂化碳纳米管，但是不存在三聚氰胺纳米颗粒后，锂离子的电化学沉淀不受控制，容易产生锂枝晶，在反复的充放电过程中，部分锂失去活性，从而使负极材料内部的活性锂减少，比容量降低。同时可以看出，采用实施例1的制备方法制备的负极材料的放电比容量最高，这是因为三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯协同作用，三聚氰胺纳米颗粒具有极性官能团，可以诱导锂离子的电化学沉淀，抑制锂枝晶的生长，锂化碳纳米管可以保护锂，同时为锂离子的传输提供通道，聚偏氟乙烯作为粘结剂将三聚氰胺纳米颗粒和锂化碳纳米管粘结成一个整体。
51.对比例3该对比例与实施例1的区别在于，将三聚氰胺纳米颗粒替换成聚苯胺纳米颗粒。
52.该对比例中的锂金属电池用负极材料的制备方法如下：步骤1：在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下，将0.2g锂箔在400℃的条件下加热，使其变成熔融态，将2g碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑
色变成金色，得到锂化碳纳米管；步骤2：将步骤1中得到的1g锂化碳纳米管与8g聚苯胺纳米颗粒研磨1小时，使其形成均匀的锂化碳纳米管与聚苯胺纳米颗粒的混合物；步骤3：将1g聚偏氟乙烯粉末溶于100mln-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤4：将步骤2中得到的锂化碳纳米管与聚苯胺纳米颗粒的混合物加入到步骤3中得到的有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中，研磨2小时，使其形成均匀的浆料；步骤5：将步骤4中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后在60℃条件下干燥12小时，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后在60℃的真空条件下再干燥24小时，在铜箔上形成一层含有聚苯胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯的薄膜，薄膜的厚度为35μm；步骤6：将步骤5中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤7：将步骤6中得到的不含锂的负极材料在0.2 ma cm-2
的电流密度下，电镀20小时，得到含锂面容量为4mah cm-2
的负极材料。
53.将采用对比例3的方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，第100次充放电曲线图，如图9所示，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃。从曲线图上可以看出，采用对比例3的方法制备的负极材料的放电比容量为108mahg-1
。
54.将采用实施例1的制备方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃，第100次充放电曲线图，如图10所示，从曲线图上可以看出，采用实施例1的方法制备的负极材料的放电比容量为122 mahg-1
。从两者的曲线图上可以看出，采用实施例1中的方法制备的负极材料的放电比容量大于对比例3的方法制备的负极材料。
55.将采用实施例2的制备方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃，第100次充放电曲线图，如图11所示，可以看到随着锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂比例的增加，放电比容量减少到118 mahg-1
，采用实施例2中的方法制备的负极材料的放电比容量大于对比例3的方法制备的负极材料，并且电压极化变大，这主要是由于三聚氰胺纳米颗粒比例减少导致锂离子的活性位点减少引起的。
56.将采用实施例3的制备方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃，第100次充放电曲线图，如图12所示，可以看到随着锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂比例的增加，放电比容量为120 mahg-1
，与实施例2相比，有稍微的上升，电压极化减少，这主要是由于锂化碳纳米管比例的增加，增加了电极内部的锂离子传输通道，降低了电池内部，放电比容量大于对比例3的方法制备的负极材料。
57.将采用实施例4的制备方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃，第100次充放电曲线图，如图13所示，放电比容量为120 mahg-1
，可以看到电极厚度的减少，电压极化进一步减少，这主要是由于厚度减少，减少了电子和锂离子的传输距离，降低了欧姆阻抗，放电比容量大于对比例3的方法制备的负极材料。
58.将采用实施例5的制备方法制备的负极材料与磷酸铁锂组成的全电池进行测试，测试倍率为0.5c，测试温度为25℃，第100次充放电曲线图，如图14所示，放电比容量为112mahg-1
，可以看到电极厚度的增加，电压极化变大，这主要是由于厚度增加，增加了电子
和锂离子的传输距离，增加了欧姆阻抗，放电比容量大于对比例3的方法制备的负极材料。
59.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种锂金属电池用负极材料，其特征在于，包括三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂；所述三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为（4~8）：（1~4）：（1~2）。2.根据权利要求1所述的一种锂金属电池用负极材料，其特征在于，所述锂化碳纳米管的制备方法为：锂箔加热至熔融态，然后将碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管。3.根据权利要求2所述的一种锂金属电池用负极材料，其特征在于，锂箔在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下加热。4.一种权利要求1所述的锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备锂化碳纳米管；步骤2：将步骤1中制备的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒进行研磨，使其形成均匀的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物；步骤3：将聚偏氟乙烯粉末溶于n-甲基吡咯烷酮溶液中，形成含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液；步骤4：将步骤2中得到的均匀的锂化碳纳米管与三聚氰胺纳米颗粒的混合物加入到步骤3中制备的含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中研磨，使其形成均匀的浆料；步骤5：将步骤4中得到的浆料均匀的涂抹到铜箔上，然后进行干燥，在铜箔上形成一层薄膜；步骤6：将步骤5中得到的薄膜裁剪成极片形状，得到不含锂的负极材料；步骤7：将步骤6中得到的不含锂的负极材料进行电镀处理，得到含锂的负极材料。5.根据权利要求4所述的一种锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中锂化碳纳米管的制备方法为：锂箔加热至熔融态，然后将碳纳米管放于熔融态的锂金属的表面，直至碳纳米管由黑色变成金色，得到锂化碳纳米管。6.根据权利要求5所述的一种锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，锂箔在水含量≤0.01ppm，氧含量≤0.01ppm的条件下加热。7.根据权利要求4所述的一种锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中含有聚偏氟乙烯的n-甲基吡咯烷酮溶液中的聚偏氟乙烯的浓度为5mg/ml-15 mg/ml。8.根据权利要求4所述的一种锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，步骤5中的薄膜厚度为30μm-100μm。9.根据权利要求4所述的一种锂金属电池用负极材料的制备方法，其特征在于，步骤5中的干燥方法为：先在非真空环境中干燥，使n-甲基吡咯烷酮溶液挥发，然后再真空环境中干燥。10.一种权利要求1~3任意一项所述的锂金属电池用负极材料或权利要求4~9任意一项所述的制备方法制备的锂金属电池用负极材料在制备锂金属固态电池和锂金属液态电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种锂金属电池用负极材料、制备方法及应用，涉及电池技术领域，包括三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂；三聚氰胺纳米颗粒、锂化碳纳米管和聚偏氟乙烯粘结剂的质量比为（4~8）：（1~4）：（1~2）。利用锂化碳纳米管作为锂金属和电解液之间的过渡层，该过渡层与电解液和锂金属接触时，均能保持电化学稳定，可以避免电解液和锂金属发生副反应，同时锂化碳纳米管可以传导锂离子，在负极内部形成锂离子传输通道，为负极内部提供了良好的电化学动力学性能，三聚氰胺的氨基具有极性，可以控制锂离子的电化学沉淀，从而抑制了锂枝晶的生长，从而使得锂金属电池用负极材料具有更高的循环寿命和安全性。材料具有更高的循环寿命和安全性。材料具有更高的循环寿命和安全性。


技术研发人员：陈涛 王克兵 朱艾鹏
受保护的技术使用者：成都工业学院
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/9/20