CN112928247B - 超薄金属锂材、金属锂复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄金属锂材、金属锂复合材料及其制备方法，其中，该超薄金属锂材的制备方法，包括加热步骤：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分的混合物加热熔融，得到混合锂浆；覆载步骤：将所述混合锂浆覆载于基体上形成薄膜层；固化步骤：所述薄膜层在所述基体上冷却固化，形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材；本发明的超薄金属锂材的制备方法，能够获得大尺寸的超薄金属锂材，且制备工艺简单易行，并极具成本优势，适合工业化放大生产，具有极大的工业实用化前景。

Description

超薄金属锂材、金属锂复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于超薄金属锂的制造领域，具体涉及超薄金属锂材、金属锂复合材料及其制备方法。

背景技术

金属锂一直被视作锂电池的最理想的负极材料，它具有极高的理论比容量(3860mAh·g^-1)，低密度(0.59g·cm^-3)和最负的电化学电势(相比标准氢电极大约-3.04V)等优异性质。近年来，随着移动设备、车辆电气化、电网存储以、5G信息传输技术、生物芯片和可穿戴电子设备的快速发展，对于高能量密度电池的需求日益迫切。其中，超薄的金属锂做为负极材料的锂电池被认为是兼具高能量密度和安全性的下一代电池。

目前工业上，超薄金属锂的制备方法多是利用了金属锂的延展性，将金属锂锭采用机械反复挤压使其薄膜化(如专利公开号CN 107052047A，一种超薄金属锂带的生产方法)，然而受制于设备与技术原理，这种技术制备出来的锂带厚度基本在100μm左右，很难制备厚度在50μm以下的金属锂薄膜，并且这种方法制备得到的金属锂薄膜的宽幅较小，且表面也不够平整，作为锂电池负极时，易于诱导锂支晶的产生。通过磁控溅射法能够获得50μm以下的超薄金属锂(如专利公开号CN109402589A一种磁控溅射制备超薄金属锂薄膜的方法及系统)但是其工艺复杂且能耗极高，不适用于大规模的工业化生产。采用锂金属热熔融法(如专利公开号CN109873122A一种超薄金属锂复合体及其制备方法和用途)，由于金属锂熔融后表面张力极大，需要对基体表面进行处理，公开了一种制备超薄金属锂的方法，在基体上涂布一层有机过渡层，降低熔融金属锂的表面张力使金属锂在基体上铺展，从而获得15μm至40μm的金属锂层，这种方法虽然能够获得超薄金属锂层，但必须涂覆的有机过渡层由于不具有良好的电导性，会影响金属锂与基体层的电接触，降低其作为锂电池负极的性能。

为使高性能的锂金属电池满足工业化生产和实际应用需求的飞速发展，必须找到新的具有优异电化学性能和成本优势的超薄金属锂的生产技术路线。

发明内容

针对超薄金属锂的制备方法受限，难以工业化生产的技术难题，本发明第一方面提供一种超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分的混合物加热熔融，得到混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆覆载于基体上形成薄膜层；

固化步骤：所述薄膜层在所述基体上冷却固化，形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材；其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；

所述锂合金中的合金元素包括Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有降低液态金属锂的表面张力的作用。

在一些实施例中，所述表面含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种。

在一些实施例中，所述金属锂层的厚度介于1μm至100μm之间。

在一些实施例中，所述基体为实心材料或具有多孔结构的材料，所述金属锂层覆载在所述基体的表面，和/或，填充于所述多孔结构的孔隙中。

在一些实施例中，所述所述金属锂层中添加成分的质量含量介于0.01wt.％至50wt.％之间。

本发明第二方面提供一种金属锂复合材料的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分的混合物加热熔融，得到混合锂浆；

固化步骤：所述混合锂浆冷却固化后，得到固态的金属锂复合材料；

其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；

所述锂合金中的合金元素包括Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有降低液态金属锂的表面张力的作用。

在一些实施例中，所述表面含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种。

本发明第三方面提供一种超薄金属锂材，包含金属锂层和基体，所述金属锂层覆载于所述基体上，所述金属锂层的厚度介于1μm至100μm之间，所述金属锂层含有金属锂和添加成分，其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料。

在一些实施例中，所述金属锂层还有合金元素包括：Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有降低液态金属锂的表面张力的作用。

在一些实施例中，所述表面含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种。

在一些实施例中，所述基体为实心材料或具有多孔结构的材料，所述金属锂层覆载在所述基体的表面，和/或，填充于所述多孔的孔隙中。

本发明第四方面提供一种金属锂复合材料，其成分含有金属锂和添加成分，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料；所述添加成分的质量含量介于0.01wt.％至50wt.％之间。

在一些实施例中，其成分还包括合金元素Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有降低液态金属锂的表面张力的作用。

在一些实施例中，所述表面含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种。

本发明第五方面提供一种超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

加热步骤：将所述金属锂复合材料加热熔融至形成混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆覆载于基体上形成薄膜层；

固化步骤：所述薄膜层在所述基体上冷却固化，形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明的超薄金属锂材的制备方法，通过在液态金属锂或锂合金中加入添加成分，得到熔融态的金属锂复合材料具有较低的表面张力，能够解决熔融法制备超薄金属锂时，由于熔融态金属锂表面张力过大难以与基体浸润亲和的问题，同时该金属锂复合材料具有类似于凝胶的粘滞性，当其用于制备超薄金属锂时，能够覆载于基体上形成厚度可控的薄膜层，当该薄膜层冷却固化后，制备得到厚度可控的超薄金属锂材料。

(2)本发明的超薄金属锂材的制备方法，能够获得大尺寸的超薄金属锂材，且制备工艺简单易行，并极具成本优势，适合工业化放大生产，填补了目前难以获得50μm以下厚度可控的大尺寸超薄金属锂材料的技术空白，具有极大的工业实用化前景。

(3)本发明金属锂复合材料能够作为制备超薄金属锂的原料使用，该金属锂复合材料的制备方法简单易行，不需要精密昂贵的生产设备，易于工业化生产，并且一次制备得到的金属锂复合材料固化后能够反复熔融多次使用，实际生产中能够简化生产工艺、节约原材料，具有极好的工业实用性。

附图说明

图1为本发明超薄金属锂材的制备方法的一种实施步骤流程图；

图2为本发明超薄金属锂材的制备方法的另一种实施步骤流程图；

图3为本发明金属锂复合材料的制备方法的一种实施步骤流程图；

图4为本发明金属锂复合材料的制备方法的另一种实施步骤流程图；

图5为本发明一实施例中制备的超薄金属锂材的扫描电镜照片。

附图中的符号说明：

S101～S110实施步骤。

具体实施方式

以下通过具体实施例说明本发明的技术方案。应该理解，本发明提到的一个或者多个步骤不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法和步骤，或者这些明确提及的步骤间还可以插入其他方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非限制每个方法的排列次序或限定本发明的实施范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容变更的条件下，亦可视为本发明可实施的范畴。

实施例中所采用的原料和仪器，对其来源没有特定限制，在市场购买或者按照本领域内技术人员熟知的常规方法制备的即可。

实施例1

本实施例提供一种本发明超薄金属锂材的制备方法，如图1所示，包括步骤：

加热步骤S101：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金加热熔融，得到液态金属锂或锂合金；

混合步骤S102：将添加成分加入所述液态金属锂或锂合金中，混合分散后，得到混合锂浆；覆载步骤S103：将所述混合锂浆涂覆于基体上形成薄膜层，

固化步骤S104：待该薄膜层冷却固化后，得到超薄金属锂材。

实施例2

本实施例提供一种本发明超薄金属锂材的制备方法的另一种实施方式，如图2所示，包括步骤：

混合步骤S105：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分物理混合，得到混合物；

加热步骤S106：将所述混合物加热至金属锂或锂合金熔融，得到混合锂浆；

覆载步骤S107：将所述混合锂浆涂覆于基体上形成薄膜层；

固化步骤S108：待该薄膜层冷却固化后，得到超薄金属锂材。

实施例3

本实施例提供一种本发明金属锂复合材料的制备方法，如图3所示，包括步骤：

加热步骤S101：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金加热熔融，得到液态金属锂或锂合金；

混合步骤S102：将添加成分加入所述液态金属锂或锂合金中，混合分散后，得到混合锂浆，即为类凝胶态金属锂复合材料；

可选择性的包括固化步骤S109：待该混合锂浆冷却固化后，得到固态金属锂复合材料。

实施例4

本实施例提供一种本发明金属锂复合材料的制备方法的另一种实施方式，如图4所示，包括步骤：

混合步骤S105：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分物理混合，得到混合物；

加热步骤S106：将所述混合物加热至金属锂或锂合金熔融，得到混合锂浆，即为类凝胶态的金属锂复合材料；

可选择性的包括固化步骤S110：待该混合锂浆冷却固化后，得到固态的金属锂复合材料。

实施例1至4中，所述锂合金中的合金元素具有降低液态的金属锂的表面张力的作用，该合金元素包括：Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种。合金元素与液态金属锂能够形成液态锂合金，从而降低液态金属锂的表面张力，但这类液态锂合金具有流动性，覆载在基体表面难以形成厚度可控的薄膜层。

本发明的添加成分不仅具有降低液态金属锂的表面张力的作用，加入液态金属锂或锂合金中能够形成类似于凝胶态具有粘滞性的混合锂浆，该混合锂浆能够覆载在基体上形成厚度可控的薄膜层，当该薄膜层冷却固化后，制备得到厚度可控的超薄金属锂材。所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的无机材料，和/或，能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料。优选地，含有卤族元素官能团的无机材料具有二维或层状结构，包括：过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物、石墨烯或石墨片的一种或多种，这类具有二维或层状结构的材料作为添加成分的优点在于，具有高的比表面积，高的比表面积能够带有更多的官能团与金属锂键合；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；其中，具有二维或层状结构的过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物又称做MXenes材料，其化学通式可用M_n+1X_nT_z表示，其中M指过渡族金属(如Ti、Mo、W、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等)，X指C和/或N元素，n一般为1至3，T_z指表面官能团。目前，MXenes主要通过HF酸或盐酸和氟化物的混合溶液将MAX相中结合较弱的A位元素(如Al原子)抽出而得到，处理后的得到的MXenes的表面含-F或Cl官能团。MXenes材料具有石墨烯的高比表面积和高电导率的特点。所述能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料包括金属氧化物、碳材料或过渡金属硫族化合物中的一种或多种；优选地，所述金属氧化物包括氧化锌、氧化铜、氧化银中的一种或多种，所述碳材料包括石墨烯、石墨、石墨化的碳材料以及具有石墨层间结构的类石墨材料，所述过渡金属硫族化合物包括MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、TiS₂、TiSe₂、WS₂、WSe₂、WTe₂等。

无机材料表面的卤素官能团能够与液态金属锂键合，从而降低液态金属锂或锂合金的表面张力，使无机材料能够进入液态金属锂或锂合金中混合分散，使得到的混合锂浆表现出具有粘滞性的类凝胶态。能够与液态金属锂或锂合金相亲的无机材料同样能够达到够降低液态金属锂或锂合金的表面张力，得到具有粘滞性的类凝胶态的混合锂浆。这种类凝胶态的混合锂浆在基体不需要进行预处理的条件下，就可以在其表面铺展，而由于混合锂浆具有的粘滞性，能够在基体的表面挂浆形成厚度可控的薄膜层，待该薄膜层在基体表面冷却固化后，即可得到超薄金属锂材。

本发明中超薄金属锂材中金属锂层厚的调控，可以利用刮刀进一步刮涂形成的薄膜层，能够达到减薄薄膜层的作用，待该薄膜层冷却固化后，获得厚度范围在1～100μm的金属锂层，特别是1～10μm的金属锂层。或者，在固化步骤之后，将固化的金属锂层的表面再涂覆混合锂浆形成新的薄膜层，待该新的薄膜层固化，反复这种涂覆和固化操作，就可以实现金属锂层的厚度在10～100微米的范围内调控。当然，本发明对金属锂层的调控方式不限于此，通过调整加入添加成分的量能够调整混合锂浆的粘滞程度，从而选择合适的方式调控薄膜层的厚度，优选地，向液态金属锂或锂合金中加入添加成分的质量含量介于0.01wt.％至50wt.％之间，通过控制薄膜层厚度的方式得到厚度可控的超薄金属锂材。因此，本发明超薄金属锂材的制备方法弥补现有技术中100μm以下的金属锂层难以制备的技术难题，由于超薄金属锂电极是通过涂覆的方法，简单易行且不受面积的限制，还能够得到的大尺寸范围的超薄金属锂材。

惰性气体是包括氩气或氦气，从成本优选的方面，优选氩气。由于本发明得到的混合锂浆具有低的表面张力，能够在金属、陶瓷或聚合物材料的基体上进行覆载成膜，所述基体材料可以是实心或具有孔隙结构的材料，所述混合锂浆覆载在所述基体的表面，和/或，填充于所述孔隙之间，待冷却固化后得到超薄金属锂材。

实施例5

本实施例提供实施例1中的一种具体实施方法，以合金元素Mg、添加成分含有-F官能团的过渡金属碳化物碳化钛(Ti₃C₂F)，具体说明本发明超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在氩气(纯度大于99.999％)的环境中，将400mg金属锂块加入不锈钢锅中加热至200℃，使金属锂块熔融为液态；

混合步骤：保持加热温度，向液态金属锂中先加入40mg金属镁片，再加入50mgTi₃C₂F，进行搅拌混合，金属镁片熔融形成液态锂镁合金，持续搅拌30min左右，使Ti₃C₂F均匀分散，得到类凝胶态的混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆均匀的涂覆于12μm的铜箔上，该混合锂浆在铜箔的表面铺展形成薄膜层，将该薄膜层冷却至室温，该薄膜层在铜箔表面固化形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材，该超薄金属锂材的扫描电镜照片如图5所示，可以看出金属锂层均匀地覆盖在铜箔的表面，金属锂层的厚度在8μm左右。通过刮涂形成的薄膜层能够进一步减薄得到的金属锂层的厚度，也可以通过反复涂覆和固化步骤，达到增加金属锂层厚度的调控。

实施例6

本实施例提供实施例1中的另一种具体实施方法，以合金元素Mg和Al、添加成分为氟化石墨烯为例说明本发明超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在氩气(纯度大于99.999％)的环境中，将500mg金属锂块加入不锈钢锅中加热至300℃，使金属锂块熔融为液态。

混合步骤：保持加热温度，向液态金属锂中先加入40mg金属镁片和10mg金属铝片，再加入80mg氟化石墨烯，进行搅拌混合，金属镁片和铝片熔融形成液态锂镁铝合金，持续搅拌30min左右，得到凝胶态的混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆均匀的涂覆于不锈钢片上，该混合锂浆在铜箔的表面形成薄膜层，将该薄膜层冷却至室温，该薄膜层在铜箔表面固化形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂电极。

实施例7

本实施例提供实施例1中的另一种具体实施方法，以合金元素Ag和Al、添加成分为氧化铜纳米颗粒和氟化石墨片为例说明本发明超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在氩气(纯度大于99.999％)的环境中，将500mg金属锂块加入不锈钢锅中加热至300℃，使金属锂块熔融为液态。

混合步骤：保持加热温度，向液态金属锂中先加入50mg金属银片和20mg金属铝片，再加入30mg氧化铜纳米颗粒和10mg氟化石墨片，进行搅拌混合，金属银片和铝片熔融形成液态锂银铝合金，持续搅拌30min左右，得到凝胶态的混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆均匀的涂覆于镍箔上，该混合锂浆在镍箔的表面形成薄膜层，将该薄膜层冷却至室温，该薄膜层在镍箔表面固化形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂电材。

实施例8

本实施例提供一种超薄金属锂材的制备方法与实施例5中的加热步骤和混合步骤相同，不同之处在于覆载步骤中，将凝胶态的混合锂浆涂覆于1.5mm厚的泡沫镍上，混合锂浆在泡沫镍的表面及空隙中分散形成涂层，待冷却固化后，得到表面及内部孔隙含有金属锂层的泡沫镍，再将该含有金属锂层的泡沫镍在10Mpa的压力下压制成含有薄片，得到超薄金属锂材。本实施例中的泡沫镍还可以替换成其他具有孔隙结构的基体，比如泡沫铜、铜网、不锈钢网、碳网等。

实施例9

本实施例提供实施例2中的一种具体实施方法，以添加成分含有-F官能团的过渡金属碳化物碳化钛(Ti₃C₂F)，具体说明本发明超薄金属锂材的制备方法，包括步骤：

混合步骤：在氩气(纯度大于99.999％)的环境中，将600mg金属锂、40mg Ti₃C₂F和20mg碳纳米管，反复辊压混合得到混合物；

加热步骤：将所述混合物加入不锈钢锅中加热至250℃至熔融成液态，得到混合锂浆；

覆载步骤：使用厚度12μm的金属铜带在混合锂浆中的进行提拉，混合锂浆在铜带表面均匀铺展成膜，形成薄膜层；

固化步骤：将该薄膜层冷却至室温，该薄膜层在铜带表面固化形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材。

实施例10

本实施例提供实施例3中的一种具体实施方法，以添加成分含有-I官能团的过渡金属碳化物碳化钛(Ti₃C₂F)，具体说明本发明金属锂复合材料的制备方法，包括步骤：

加热步骤：在氩气(纯度大于99.999％)的环境中，将500g金属锂块加入不锈钢锅中加热至300℃，使金属锂块熔融为液态。

混合步骤：保持加热温度，向液态金属锂中先加入20g金属铝片，再加入30gTi₃C₂F，进行搅拌混合，金属铝片熔融形成液态锂铝合金，持续搅拌30min左右，得到类凝胶态的混合锂浆，即为熔融态下的金属锂复合材料；

固化步骤：将所述混合锂浆置入锂块模具中，待自然冷却至室温后，形成固态块状的金属锂复合材料。

得到的金属锂复合材料能够反复熔融使用，当需要制备超薄金属锂材时，将固态块状的金属锂复合材料加热熔融形成类凝胶态的混合锂浆，再进行覆载步骤和固化步骤，即可制备得到超薄金属锂材。覆载步骤中剩余的金属锂复合材料还可以冷却固化后保存，待需要使用时再加热熔融形成类凝胶态的混合锂浆。实际生产中利用该金属锂复合材料生产超薄金属锂材能够简化生产工艺、节约原材料，具有极好的工业实用性。

采用上述1至10中实施例的制备方法，改变其中组分的种类和添加量均能够得到本发明的金属锂复合材料和超薄金属锂材，下表给出了几组实施的组分配方，但应当理解的是，所例出的实施例仅用于解释本发明的制备方法，本领域的技术人员根据本发明的制备方法对其中的配方和成分进行优化调整的技术方案，均包含在本发明的专利范围之中。

实施例11

当本发明中的超薄金属锂材其中的金属锂层作为一次或二次锂电池的负极材料时，具有的有益效果在于，金属锂层与导电的集流体之间直接电性接触，保证超薄金属锂负极具有优异的电导性；通过调整超薄金属锂电极中的金属锂层的厚度，能够获得与不同正极材料的正极容量匹配的金属锂负极，由于不含有超过量的金属锂，因此具有更好的安全性，还能够提高锂电池的能量密度，并且本发明的超薄金属锂电池的制备不受尺寸的限制，适用于制造各种形态的电池，极大地促进了锂金属电池的工业化和实用化，具有巨大的应用市场。

以上所述仅为说明本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的思路作出的等效变化，均应属于本发明的专利范围。

Claims (19)

1.一种超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，包括步骤：

加热步骤：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分的混合物加热熔融，得到混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆覆载于基体上形成薄膜层；

固化步骤：所述薄膜层在所述基体上冷却固化，形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材；

其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的石墨烯或MXenes材料中的一种或两种，和/或，过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；

所述锂合金中的合金元素包括Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有能够降低液态金属锂的表面张力的作用。

2.如权利要求1所述的超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，所述添加成分还包括碳纳米管。

3.如权利要求1或2所述的超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，所述MXenes材料包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物的一种或多种；所述过渡金属硫化物包括：MoS₂、TiS₂、WS₂；所述过渡金属硒化物包括：MoSe₂、TiSe₂、WSe₂；所述过渡金属碲化物包括：MoTe₂、WTe₂。

4.如权利要求1或2所述的超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，所述金属锂层的厚度介于1μm至100μm之间。

5.如权利要求1或2所述的超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，所述基体为实心材料或具有多孔结构的材料，所述金属锂层覆载在所述基体的表面，和/或，填充于所述多孔的孔隙中。

6.如权利要求1或2所述的超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，所述金属锂层中添加成分的质量含量介于0.01 wt.%至50 wt.%之间。

7.一种金属锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

加热步骤：在惰性气体的环境下，将金属锂或锂合金与添加成分的混合物加热熔融，得到混合锂浆；

固化步骤：所述混合锂浆冷却固化后，得到固态的金属锂复合材料；

其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的石墨烯或MXenes材料中的一种或两种，和/或，过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物；

所述锂合金中的合金元素包括Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有能够降低液态金属锂的表面张力的作用。

8.如权利要求7所述的金属锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述添加成分还包括碳纳米管。

9.如权利要求7或8所述的金属锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述MXenes材料包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述过渡金属硫化物包括：MoS₂、TiS₂、WS₂；所述过渡金属硒化物包括：MoSe₂、TiSe₂、WSe₂；所述过渡金属碲化物包括：MoTe₂、WTe₂。

10.一种超薄金属锂材，其特征在于，包含金属锂层和基体，所述金属锂层覆载于所述基体上，所述金属锂层的厚度介于1μm至100μm之间，所述金属锂层含有金属锂和添加成分，其中，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的石墨烯或MXenes材料中的一种或两种；和/或，过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物。

11.如权利要求10所述的超薄金属锂材，其特征在于，所述添加成分还包括碳纳米管。

12.如权利要求10或11所述的超薄金属锂材，其特征在于，所述金属锂层还有合金元素包括：Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有能够降低液态金属锂的表面张力的作用。

13.如权利要求10或11所述的超薄金属锂材，其特征在于，所述MXene材料包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述过渡金属硫化物包括：MoS₂、TiS₂、WS₂；所述过渡金属硒化物包括：MoSe₂、TiSe₂、WSe₂；所述过渡金属碲化物包括：MoTe₂、WTe₂。

14.如权利要求10或11所述的超薄金属锂材，其特征在于，所述基体为实心材料或具有多孔结构的材料，所述金属锂层覆载在所述基体的表面，和/或，填充于所述多孔的孔隙中。

15.一种金属锂复合材料，其特征在于，其成分含有金属锂和添加成分，所述添加成分包括：表面含有卤族元素官能团的石墨烯或MXenes材料中的一种或两种，和/或，过渡金属硫化物、过渡金属硒化物或过渡金属碲化物；所述添加成分的质量含量介于0.01 wt.%至50wt.%之间。

16.如权利要求15所述的金属锂复合材料，其特征在于，所述添加成分还包括碳纳米管。

17.如权利要求15或16所述的金属锂复合材料，其特征在于，其成分还包括合金元素Mg、Al、In、Zn、Ag、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、Ge、Pb、As、Sb、Bi、B、S、Se或Te中的一种或多种，所述合金元素具有降低液态金属锂的表面张力的作用。

18.如权利要求15或16所述的金属锂复合材料，其特征在于，所述MXenes材料包括过渡金属氮化物、过渡金属碳化物、过渡金属碳氮化合物的一种或多种；所述卤族元素官能团包括-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种；所述过渡金属硫化物包括：MoS₂、TiS₂、WS₂；所述过渡金属硒化物包括：MoSe₂、TiSe₂、WSe₂；所述过渡金属碲化物包括：MoTe₂、WTe₂。

19.一种超薄金属锂材的制备方法，其特征在于，包括步骤：

加热步骤：将如权利要求 15至18中任一项所述的金属锂复合材料加热熔融至形成混合锂浆；

覆载步骤：将所述混合锂浆覆载于基体上形成薄膜层；

固化步骤：所述薄膜层在所述基体上冷却固化，形成固态的金属锂层，得到超薄金属锂材。

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