专利示意图

一、技术领域

电化学能源技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：2023108178800

发明人：曹译丹、欧阳云飞、黄士飞、李楠瑞、蔡康宁、康飞宇

2.专利说明书摘要

一种具有亲锂限域结构的碳基负极集流体及其制备方法和应用，属于电化学能源技术领域。本发明碳基负极集流体的制备包括：清洗碳基底；浓酸溶液中，水浴加热进行活化；置于含有金属氧化物和碱的晶种源溶液中浸泡，取出后烘干，反复浸渍；浸入含有金属氧化物与结晶调节剂的生长液中，进行水热反应在碳基底上生长金属氧化物，取出后洗涤再干燥；得到碳前驱体包覆的金属氧化物碳基底；进行热解处理；酸刻蚀部分金属氧化物，获得具有亲锂限域结构的碳基负极集流体。采用本发明三维碳基集流体组装的电池，在1mA/cm2的电流密度和4mAh/cm2的沉积量下，循环100圈后平均库伦效率依然能够达到约99.53%，具有较好的循环稳定性。

3.创新点

（1）本发明涉及电化学能源技术领域，设计了一种具有亲锂限域结构的碳基负极集流体及其制备方法；

（2） 本方法可用于无负极锂电池；

（3）本方法采用三维碳基集流体；

（4）本方法所述亲锂金属氧化物晶种源选自AgNO3、Al(NO3)3、Zn(NO3)2、Zn(NO3)2·6H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O，ZnSO4·7H2O、SnCl2·2H2O、SnCl4、NiSO4、Mg(NO3)2、Ni(CH3COO)2和FeSO4中的至少一种；

（5）金属氧化物生长液离子源选自AgNO3、Al(NO3)3、Zn(NO3)2、Zn(NO3)2·6H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O，ZnSO4·7H2O、SnCl2·2H2O、SnCl4、NiSO4、Mg(NO3)2、Ni(CH3COO)2和FeSO4中的至少一种。

4.痛点问题

（1）无负极锂电池满足增长的对更高能量密度储能器件的需求；

（2）调控锂沉积形貌，亲锂的氧化锌可以诱导锂金属优先沉积在纳米管结构中，抑制锂枝晶生长，防止枝晶刺穿隔膜，提高电池安全性；

（3）提供了足够大的比表面积和离子扩散通道，提高了导电性，加速并稳定SEI膜的形成；

（4）高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并有效地降低了局部电流密度，确保锂的均匀沉积，提高电池循环稳定性。

5.技术优势

（1）大规模可控的制备出高质量的集流体；

（2）调控锂沉积形貌，亲锂的氧化锌可以诱导锂金属优先沉积在纳米管结构中，抑制锂枝晶生长，防止枝晶刺穿隔膜，提高电池安全性；

（3）提供了足够大的比表面积和离子扩散通道，提高了导电性，加速并稳定SEI膜的形成；

（4）高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并有效地降低了局部电流密度，确保锂的均匀沉积；

（5）通过集流体表面改性可以提高电池的循环稳定性，对应用于储能，电化学能源技术领域等有其重大意义；

（6）本方案生产设备简单，时间短，有效节约成本。

三、产业化信息

1.应用场景

可以实现大规模生产集流体，可以提供给科研院所、研发机构，商业公司等科研项目。也可以直接应用与无负极锂电池：

（1）无负极锂电池满足增长的对更高能量密度储能器件的需求；

（2）高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并有效地降低了局部电流密度；

（3）提供了足够大的比表面积和离子扩散通道，提高了导电性，加速并稳定SEI膜的形成；

（4）调控锂沉积形貌，亲锂的氧化锌可以诱导锂金属优先沉积在纳米管结构中，抑制锂枝晶生长，防止枝晶刺穿隔膜，提高电池安全性。

2.商业价值

此项技术拥有巨大的商业前景，对于电化学能源技术行业有以下市场价值：

（1）本发明可以调控锂沉积形貌，亲锂的氧化锌可以诱导锂金属优先沉积在纳米管结构中，抑制锂枝晶生长，防止枝晶刺穿隔膜，提高电池安全性；

（2）本发明不仅提供了足够大的比表面积和离子扩散通道，提高了导电性，加速并稳定SEI膜的形成。高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并有效地降低了局部电流密度，确保锂的均匀沉积，提高电池循环稳定性。

3.合作方式

面议

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