锂金属负极及其制备方法、锂二次电池技术

本发明专利技术属于负极结构技术领域，具体涉及一种锂金属负极及其制备方法、锂二次电池。本发明专利技术锂金属负极包括金属锂本体和复合保护层，复合保护层设置在金属锂本体的至少一表面上，复合保护层的材料包括氟化锂和亲锂金属单质。氟化锂可阻止电子传入电解质中，以缓解锂枝晶在电解质中生长的问题；亲锂金属单质具有溶解Li的特性，当锂离子沉积在锂金属负极表面时可溶入亲锂金属单质中形成合金固溶体，以避免因锂离子局部沉积过快而导致枝晶形核的问题，进而避免锂枝晶的形成，提高电池的循环寿命。提高电池的循环寿命。提高电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
锂金属负极及其制备方法、锂二次电池


[0001]本专利技术属于负极结构
，具体涉及一种锂金属负极及其制备方法，以及一种锂二次电池。

技术介绍

[0002]锂金属负极的理论比容量为3860mAh/g，相比于石墨负极(372mAh/g)提高了10倍。然而，使用锂金属负极的电池循环性能很差，通常在几十周就会发生短路，主要原因在于锂离子在负极侧的沉积、剥离不均匀，锂枝晶容易形核且生长快，刺破隔膜导致正负极短路。目前广泛采用的方案是在锂金属负极表面添加保护层，主要方法包括：1)热压法；2)预先电化学反应法；3)原位生成法。热压法是将保护层叠放在锂金属表面，加热加压使两者结合，其问题在于外加的保护层较厚，增大了电池的内阻；预先电化学反应法是通过在模具中进行电化学反应，制备出薄膜再叠加在锂金属负极表面，加压使两者结合，其问题在于预先在模具中进行电化学反应极大地降低生产效率，无法与现有电极制备工艺兼容；原位生成法是在电解液中加入添加剂，在首次充放电过程中原位生成保护层，其问题在于添加剂对电解液性能有一定影响，且反应在电芯内部发生，副反应产物对电池性能产生负面影响。
[0003]因此，如何在锂金属负极表面添加保护层并与现有电极制备工艺兼容，是目前电池负极的研究重点之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种锂金属负极及其制备方法，以及一种锂二次电池，旨在解决现有锂金属负极存在的锂枝晶生长、且保护层的制备方法难以与现有电极制备工艺兼容的技术问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面，提供了一种锂金属负极，其包括金属锂本体和复合保护层，复合保护层设置在金属锂本体的至少一表面上；其中，复合保护层的材料包括氟化锂和亲锂金属单质。
[0006]本专利技术提供的锂金属负极，通过在金属锂本体上设置复合保护层，且该复合保护层为亲锂金属单质
‑
氟化锂形成的复合结构。氟化锂可阻止电子传入电解质中，以缓解锂枝晶在电解质中生长的问题；亲锂金属单质具有溶解Li的特性，当锂离子沉积在锂金属负极表面时可溶入亲锂金属单质中形成合金固溶体，以避免因锂离子局部沉积过快而导致枝晶形核的问题，进而避免锂枝晶的形成，提高电池的循环寿命。
[0007]作为本专利技术锂金属负极的一种优选技术方案，亲锂金属单质为锌单质和/或银单质。
[0008]作为本专利技术锂金属负极的一种优选技术方案，亲锂金属单质与氟化锂的摩尔比为(2
‑
3):5。
[0009]作为本专利技术锂金属负极的一种优选技术方案，复合保护层的厚度为10μm
‑
30μm。
[0010]作为本专利技术锂金属负极的一种优选技术方案，金属锂本体的厚度为20μm
‑
40μm。
[0011]本专利技术另一方面，提供了一种锂金属负极的制备方法，其包括如下步骤：
[0012]提供金属锂基体和金属氟化物溶液，金属氟化物溶液中的金属离子为亲锂金属离子；
[0013]在惰性环境中，将金属氟化物溶液涂覆在金属锂基体表面进行置换反应，经干燥处理，得到锂金属负极。
[0014]本专利技术提供的锂金属负极的制备方法中，通过将金属氟化物溶液涂覆在金属锂基体表面进行置换反应，生成氟化锂材料，同时在强还原性锂金属的作用下，将金属氟化物溶液中的亲锂金属离子还原成亲锂金属单质，即在金属锂基体表面反应生成亲锂金属单质
‑
氟化锂材料的复合保护层结构，且该复合保护层的厚度较薄。其中，氟化锂材料具有导通锂离子且电子绝缘的特性，使包含氟化锂材料的复合保护层可阻止电子传入电解质中，以缓解锂枝晶在电解质中生长的问题。此外，亲锂金属单质具有溶解Li的特性，当锂离子沉积在锂金属负极表面时可溶入亲锂金属单质中形成合金固溶体，以避免因锂离子局部沉积过快而导致枝晶形核的问题，进而避免锂枝晶的形成。本专利技术提供的制备方法还能与现有电芯制备工艺相兼容，有利于实现规模化生产。
[0015]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的一种优选技术方案，金属氟化物溶液的制备方法包括：将金属氟化物、电解质锂盐和有机溶剂进行混合处理，得到金属氟化物溶液。
[0016]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的进一步优选技术方案，电解质锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂中的至少一种。
[0017]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的进一步优选技术方案，有机溶剂选自二甲基亚砜、四氢呋喃、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯中的至少一种。
[0018]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的一种优选技术方案，金属氟化物溶液选自氟化银溶液、氟化锌溶液中的至少一种。
[0019]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的一种优选技术方案，金属氟化物溶液中浓度为1mmol/L
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10mmol/L。
[0020]作为本专利技术锂金属负极的制备方法的一种优选技术方案，将金属氟化物溶液涂覆在金属锂基体表面进行反应的步骤中，反应的时间为5min
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15min，所述反应的温度为60℃
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100℃。
[0021]本专利技术最后一方面，提供了一种锂二次电池，包括正极和负极，以及设置在正极和负极之间的电解质，其中，负极为本专利技术提供的锂金属负极，或本专利技术提供的锂金属负极的制备方法制备得到的锂金属负极。
[0022]本专利技术提供的锂二次电池包括本专利技术提供的锂金属负极，由于该锂金属负极可抑制枝晶形核并缓解锂枝晶在电解质中生长，因此本专利技术提供的锂二次电池的循环寿命更长，具有良好的应用前景和市场价值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的锂金属负极的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的锂金属负极的锂离子沉积过程示意图；
[0025]图3为常规锂金属负极的锂离子沉积过程示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例提供的锂金属负极和锂二次电池的制备流程示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例1所得锂金属负极的截面电镜图；
[0028]图6为本专利技术实施例3所得锂金属负极与对比例1所得常规锂金属负极在循环前后的交流阻抗谱对比图；
[0029]图7为本专利技术实施例3所得锂金属负极与对比例1所得常规锂金属负极制备得到的电池循环性能对比图；
[0030]图1
‑
图3中的附图标记如下：
[0031]10—金属锂本体；20—复合保护层；22—亲锂金属单质；24—氟化锂；26—合金固溶体。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属负极，其特征在于，包括金属锂本体和复合保护层，所述复合保护层设置在所述金属锂本体的至少一表面上；其中，所述复合保护层的材料包括氟化锂和亲锂金属单质。2.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述亲锂金属单质为锌单质和/或银单质。3.根据权利要求1所述的锂金属负极，其特征在于，所述亲锂金属单质与所述氟化锂的摩尔比为(2
‑
3):5。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的锂金属负极，其特征在于，所述复合保护层的厚度为10μm
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30μm；和/或所述金属锂本体的厚度为20μm
‑
40μm。5.一种锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供金属锂基体和金属氟化物溶液，所述金属氟化物溶液中的金属离子为亲锂金属离子；在惰性环境中，将所述金属氟化物溶液涂覆在所述金属锂基体表面进行置换反应，经干燥处理，得到锂金属负极。6.根据权利要求5所述锂金属负极的制备方法，其特征在于，所述金属氟化物溶液的制备方法包括：将所述金属氟化物、电解质锂盐和有机溶剂进行混合处理，得到金属氟化物溶液。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成林，
申请(专利权)人：上海卡耐新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：