本发明属于电池，具体涉及一种高性能电池集流体、制备方法及其在金属电池中的应用。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、金属负极因其高的理论容量被认为是最有前途的高能量负极体系之一，无负极金属设计更能使能量密度得到进一步提升，但枝晶生长以及循环过程中体积膨胀问题严重制约着其实际应用。现有技术表明，针对上述问题，构筑高性能sei层是行之有效的解决方案。
3、理想的sei层应该是电子绝缘的，从而延缓电极和电解液之间的进一步反应；同时应具有快速导离子的能力，溶剂化的离子在外加电场下转移到sei层的表面，sei层可以对离子进行脱溶剂化，并将裸露的离子转移到负极；此外，sei层应该具有良好的机械性能，以抵御金属沉积/剥离过程中大的体积变化。
4、发明人发现现有技术中通过调控溶质溶剂种类及浓度，筛选电解液添加剂和构筑人工sei层策略会引起电解液粘度增加、成本增加、工艺流程复杂等问题，制约着实际应用。目前，采用集流体涂覆浆料实现sei层性能提升的方法虽然被研究者所探究，但通常是将无机盐加入正极涂碳层或负极活性物质中实现，这样会导致无机盐分解电位过高以及分解不充分，进而影响电池整体能量密度的问题存在。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供了一种高性能电池集流体、制备方法及其在金属电池中的应用，本发明通过催化位点的引入进行原位可控构筑富含无机物的高性能sei层，进而实现了促进离子传输，抵御枝晶生长，提升长循环稳定性等效果。
2、具体的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明的第一个方面，提供一种高性能电池集流体，所述高性能电池集流体包括集流体基材和设置在集流体基材表面的浆料涂层，所述浆料涂层包括碳负载型金属催化剂和粘结剂；所述碳负载型金属催化剂包括碳材料载体和金属前驱体；所述粘结剂用于将负载型催化剂牢固附着在基材上。
4、优选的，所述碳材料载体包括但不限于炭黑、氮/硫/磷杂原子掺杂碳、石墨烯、碳纳米管、mxenes、金属有机框架及其衍生物；所述杂原子掺杂碳中杂原子选自氮、硫和磷中的至少一种，优选为氮掺杂碳。
5、优选的，所述金属前驱体选自金属氯化物、金属硝酸盐、乙酰丙酮金属化合物中的一种或多种；所述金属选自铁、钴、镍、钌、铑、钯、银、铱、铂、金中的至少一种，优选为钌。
6、优选的，所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或多种；优选的，所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠。
7、本发明的第二个方面，提供一种高性能电池集流体的制备方法，包括以下步骤：
8、s1、混合碳材料载体与金属前驱体，并分散在有机溶剂中，制得碳负载型金属催化剂；
9、s2、将碳负载型金属催化剂与粘结剂进行混合，制得浆料；
10、s3、将浆料涂布在集流体基材上，烘干后得到高性能电池集流体。
11、优选的，步骤s1中，所述碳材料载体与金属前驱体的质量比为10:1-50:1。
12、进一步优选的，所述碳材料载体与金属前驱体的质量比为15:1。
13、优选的，步骤s1中，所述碳材料载体与金属前驱体进行混合分散后的混合液依次进行超声、离心洗涤、烘干和热处理；
14、其中，所述混合液的超声时间为10～30min；
15、所述离心洗涤的操作为：以4300～5500r/s，2～4min/次的速率进行2～3次洗涤；
16、所述烘干的工艺选自自然干燥、红外灯照射烘干、常温真空干燥、冷冻干燥、鼓风干燥箱高温烘干中的一种或多种；
17、所述烘干的温度为60～90℃，烘干的时间为8～24h；
18、所述热处理在惰性气氛下进行；优选的，所述惰性气氛为氮气、氩气中的一种；
19、所述热处理的温度为200～600℃；热处理的时间为1～5h。
20、进一步优选的，步骤s1中，所述碳材料载体与金属前驱体进行混合分散后的混合液依次进行超声、离心洗涤、烘干和热处理；
21、其中，所述混合液的超声时间为20min；
22、所述离心洗涤的操作为：以5000r/s，3min/次的速率进行3次洗涤；
23、所述烘干的温度为80℃，烘干的时间为12h；
24、所述热处理的温度为300℃；热处理的时间为2h。
25、优选的，步骤s1中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或多种；进一步优选的，所述溶剂选自乙醇。
26、优选的，步骤s2中，所述浆料为碳负载型金属催化剂与粘结剂按照质量比1:1～10:1混合制备而成。
27、进一步优选的，所述浆料为碳负载型金属催化剂与粘结剂按照质量比9:1混合制备而成。
28、优选的，步骤s3中，所述集流体基材选自不锈钢箔、铝箔、铜箔、碳纸中的一种或多种。
29、优选的，步骤s3中，所述涂布的方式选自凹版涂布、涂布、喷涂中的一种或多种。
30、优选的，步骤s3中，所述涂布厚度为5～10μm；进一步优选的，所述涂布厚度为10μm。
31、优选的，步骤s3中，所述烘干的温度为80～150℃，烘干的时间为8～15h；进一步优选的，所述烘干的温度为110℃，烘干的时间为12h。
32、本发明的第三个方面，提供一种第一方面所述的高性能电池集流体在离子电池体系、金属电池体系、无负极电池体系及固态电池体系中的应用。
33、本发明的第四个方面，提供一种无负极金属电池，所述无负极金属电池包括第一方面所述的高性能电池集流体；所述无负极金属电池还包括：正极片、隔膜、电解质及电池外壳。
34、优选的，所述正极片包括正极集流体和位于所述正极集流体表面的正极材料层。
35、进一步优选的，所述正极集流体为不锈钢箔、铝箔、铜箔、碳纸中的一种或多种；所述正极材料层中包括的正极活性材料选自钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂、磷酸钒钠、层状氧化物、普鲁士蓝类似物中的一种或多种。
36、优选的，所述隔膜选自聚丙烯隔膜(pp)、聚乙烯隔膜(pe)、聚丙烯/聚乙烯双层复合膜(pp/pe)、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜(pp/pe/pp)、聚酰亚胺静电纺丝隔膜(pi)、纤维素无纺布隔膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布隔膜(pet)、带陶瓷涂层的隔膜中的一种或多种；所述隔膜是介于正极片和改性集流体之间起隔离的作用。
37、优选的，所述电解质选自凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种；所述电解液包括盐和非水溶剂；所述盐是由碱金属阳离子和阴离子组成，阳离子包括但不限于li+、na+、k+，阴离子包括但不限于pf6-、bf4-、asf6-、clo4-、b(c6h5)4-、ch3so3-、cf3so3-、n(so2cf3)2-、c(so2cf3)3-、sif6-、bob-；所述非水溶剂选自碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂中的一种或多种。
38、以上一个或多个技术方案的有益效果如下：
39、(1)本发明通过对集流体进行改性，实现了原位可控构筑高性能sei层，避免了高浓度电解液和添加剂的使用，简化了实验流程，降低了成本。
40、(2)本发明通过引入催化剂，促进了电解液组分中无机盐的分解，快速形成坚固致密的无机层，阻碍了电解液的进一步分解。改性后形成的sei层具有薄的尺寸，富含无机物以及较高的杨氏模量，能够促进离子传输，抵御枝晶生长，提升长循环稳定性。
41、(3)本发明制备的含有高性能电池集流体的碱金属电池可实现高度可逆的沉积剥离；制备的含有高性能电池集流体的无负极碱金属电池可实现高能量密度。
42、(4)本发明中在制备高性能电池集流体的工艺流程中，从催化活性物质合成到无负极电池的装配所用的材料试剂均为已广泛商业化应用的材料，来源广泛、价格低廉且性能稳定，可以保证连续、稳定的批量化生产。
1.一种高性能电池集流体，其特征在于，所述高性能电池集流体包括集流体基材和设置在集流体基材表面的浆料涂层，所述浆料涂层包括碳负载型金属催化剂和粘结剂；所述碳负载型金属催化剂包括碳材料载体和金属前驱体；所述粘结剂用于将负载型催化剂牢固附着在基材上。
2.如权利要求1所述的高性能电池集流体，其特征在于，所述碳材料载体包括但不限于炭黑、氮/硫/磷杂原子掺杂碳、石墨烯、碳纳米管、mxenes、金属有机框架及其衍生物；所述杂原子掺杂碳中杂原子选自氮、硫和磷中的至少一种，优选为氮掺杂碳。
3.一种权利要求1所述的高性能电池集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，优选的，步骤s1中，所述碳材料载体与金属前驱体的质量比为10:1-50:1；优选的，所述碳材料载体与金属前驱体的质量比为15:1。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述碳材料载体与金属前驱体进行混合分散后的混合液依次进行超声、离心洗涤、烘干和热处理；
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述浆料为碳负载型金属催化剂与粘结剂按照质量比1:1～10:1混合制备而成；优选的，所述浆料为碳负载型金属催化剂与粘结剂按照质量比9:1混合制备而成。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，优选的，步骤s3中，所述涂布的方式选自凹版涂布、涂布、喷涂中的一种或多种；
8.权利要求1～2任一项所述的高性能电池集流体在离子电池体系、金属电池体系、无负极电池体系及固态电池体系中的应用。
9.一种无负极金属电池，所述无负极金属电池包括权利要求1～2任一项所述的高性能电池集流体；所述无负极金属电池还包括：正极片、隔膜、电解质及电池外壳；
10.如权利要求9所述的无负极金属电池，其特征在于，所述隔膜选自聚丙烯隔膜pp、聚乙烯隔膜pe、聚丙烯/聚乙烯双层复合膜pp/pe、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜pp/pe/pp、聚酰亚胺静电纺丝隔膜pi、纤维素无纺布隔膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布隔膜pet、带陶瓷涂层的隔膜中的一种或多种；所述隔膜是介于正极片和改性集流体之间起隔离的作用；
