本发明属于金属锂材料领域，具体涉及一种金属锂可控成核生长的方法及金属锂复合材料和用途。
背景技术：
1、金属锂电池作为当今世界应用最广泛和最有发展前景的电池之一，具有比能量和放电性能高、工作和贮存寿命长、安全操作性能高和成本较低的优点。随着li-s电池、li-空气、li-二氧化碳电池等新型高容量锂电池的出现，锂金属负极的安全应用成为了下一代能量存储系统的决定因素。
2、锂金属一直被视作可再充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)等优异性能。然而由于锂金属负极充放电过程中存在的不可控沉积，其在重复充电/放电过程中存在枝晶生长、低库仑效率(ce)问题，导致基于锂金属负极的可充电电池至今尚未商业化。
3、最近，研究的关注已经转移到控制锂金属的沉积生长方式来抑制锂枝晶的生长，调节锂的循环行为。通过贵金属控制锂金属的成核已经成为一项新的研究方向。但是贵金属的成本和设计纳米结构的材料也限制了它们的实际应用。因此，发展必要的锂金属设计的简易策略，设计合成可能的复合电极来控锂金属的成核及生长行为，从而实现卓越的电化学表现及成本效益，是实现锂金属进一步工业化的必要手段。
技术实现思路
1、针对锂金属负极充放电过程中不可控沉积，导致在其在重复充电/放电过程中枝晶无序生长的科学技术问题，本发明提出一种金属锂可控成核生长的方法及金属锂复合材料。
2、本发明第一方面提供一种金属锂可控成核生长的方法，步骤包括：在金属锂层的表层设置成核层，该成核层中含有过渡金属碳化物mxenes，金属锂能基于所述过渡金属碳化物mxenes的二维片层，成核生长沉积形成钝形金属锂。
3、在一些实施例中，在金属锂层的表面设置成核层更具体的步骤包括：将所述过渡金属碳化物mxenes配置成分散液，分散于介质层的表面，干燥后形成含有所述过渡金属碳化物mxenes的成核层；再将所述成核层与金属锂接触复合，在所述成核层的表面形成所述金属锂层。
4、在一些实施例中，上述分散液中的溶剂选自乙醇和/或水溶液。
5、在一些实施例中，上述分散液分散于介质层的表面的方法包括：langmuir-blodgett法、喷涂、浸涂、旋涂、压滤、抽滤、3d打印或自组装中的一种或多种。
6、在一些实施例中，上述分散液分散于介质层的表面的方法选用langmuir-blodgett法，所述langmuir-blodgett法步骤包括：将介质层浸渍入所述分散液中提拉数次，以使所述分散液中的所述过渡金属碳化物mxenes分散于所述介质层表面。
7、在一些实施例中，上述成核层与所述金属锂接触复合的方法包括：辊压、3d打印或电镀。
8、在一些实施例中，上述方法还包括步骤：在所述成核层的表面形成金属锂层后，再将所述介质层剥离。
9、在一些实施例中，上述介质层选自金属箔或聚合物膜；优选地，所述金属箔选自铜箔；所述聚合物膜选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
10、在一些实施例中，上述金属锂层的形态包括：金属锂带、金属锂片、金属锂线、金属锂箔、金属锂微纳米颗粒、或含有金属锂的复合材料中的一种或多种所。
11、在一些实施例中，所述金属锂层的厚度介于0.1纳米至500微米；和/或，所述成核层的厚度介于0.3纳米至500微米；和/或，所述过渡金属碳化物mxenes的厚度为0.3纳米至100纳米，片径为100纳米至100微米。
12、在一些实施例中，所述成核层由过渡金属碳化物mxenes组成。
13、在一些实施例中，上述过渡金属碳化物mxenes包括：ti3c2tx、ti5c4、ti4c3、ti2c、cr2tic2、hf2c、mo2c、mo2ti2c3、mo2tic2、mo2scc2、nb2c、nb4c3、nb5c4、v4c3、v2c、v3c2、ta2c、ta3c2、ta4c3、ta2c2、ta5c4、zr3c2、zr2c、sc2c、cr2tic2、或带有空位和缺陷的mxenes中的一种或多种。
14、本发明第二方面提供一种上述的方法制备得到的金属锂复合材料，所述金属锂的表面具有成核层，所述成核层包括过渡金属碳化物mxenes。
15、本发明第三方面提供一种上述的金属锂复合材料用于金属锂电池的负极的用途。
16、在一些实施例中，本发明的金属锂电池包括：锂硫电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池、锂二氧化碳电池。
17、在一些实施例中，上述负极包括所述成核层、所述金属锂层和集流体层，所述成核层在所述金属锂层与所述集流体层之间，或，所述金属锂层在所述成核层与所述集流体层之间；集流体层为导电材料。
18、本发明与现有技术相比具有的突出有益效果在于：
19、(1)本发明金属锂可控成核生长的方法简单易行，从金属锂表面成核的思路出发，避免了复杂的金属锂微观结构设计和制备，具有极好的实用性，将制备得到的锂金属复合电极适用于金属锂基电池，在通讯设备、移动电子设备、交通工具及航天器上具有广阔的应用前景。
20、(2)本发明的含有mxene的成核层起到金属锂的成核剂作用，在锂沉积过程中，金属锂限制在二维mxene片层表面成核生长并沿着片进行平行垂直生长并形成钝性金属锂块，有效地控制了尖锐锂支晶的形成。
21、(3)采用本发明的方法得到的金属锂复合材料作为金属锂电池负极表现出优异的循环性能、良好的倍率性能、优异的深充深放性能和高的库伦效率，经多次充放电后表面平整，没有明显的枝晶形成。这是因为在充放电的过程中，mxenes起到金属锂的成核剂作用。在锂沉积过程中，金属锂在负极材料表面的mxenes纳米片上可控成核生长，有效地控制了尖锐锂支晶的形成，从而避免了充放电过程中锂支晶生长刺破隔膜层，导致电池短路而引发的严重安全问题。
1.一种金属锂可控成核生长的方法，其特征在于，步骤包括：在金属锂层的表层设置成核层，该成核层中含有过渡金属碳化物mxenes，金属锂能基于所述过渡金属碳化物mxenes的二维片层，成核生长沉积形成钝形金属锂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更具体的步骤包括：将所述过渡金属碳化物mxenes配置成分散液，分散于介质层的表面，干燥后形成含有所述过渡金属碳化物mxenes的成核层；再将所述成核层与金属锂接触复合，在所述成核层的表面形成所述金属锂层；优选地，所述分散液中的溶剂选自乙醇和/或水溶液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分散于介质层的表面的方法包括：langmuir-blodgett法、喷涂、浸涂、旋涂、压滤、抽滤、3d打印或自组装中的一种或多种；优选地，选用langmuir-blodgett法，所述langmuir-blodgett法步骤包括：将介质层浸渍入所述分散液中提拉数次，以使所述分散液中的所述过渡金属碳化物mxenes分散于所述介质层表面；
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括步骤：在所述成核层的表面形成金属锂层后，再将所述介质层剥离；
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属锂层的形态包括：金属锂带、金属锂片、金属锂线、金属锂箔、金属锂微纳米颗粒、或含有金属锂的复合材料中的一种或多种所。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属锂层的厚度介于0.1纳米至500微米；
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述成核层由过渡金属碳化物mxenes组成；
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的方法制备得到的金属锂复合材料，其特征在于，所述金属锂的表面具有成核层，所述成核层包括过渡金属碳化物mxenes。
9.一种如权利要求8所述的金属锂复合材料用于金属锂电池的负极的用途。
10.如权利要求9所述的用途，其特征在于，所述金属锂电池包括：锂硫电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池、锂二氧化碳电池；
