一种锂金属电池及其制作方法技术

本发明专利技术涉及电化学材料技术领域，具体提供了一种锂金属电池及其制作方法，该制作方法，包括如下步骤：S1步骤：将金属锂带浸泡于含奈的溶液中进行抛光，将抛光后的金属锂带浸泡于含有锂盐的磷酸酯溶液中进行原位聚合，制成锂金属电池负极片；S2步骤：采用S1步骤的锂金属电池负极片组装锂金属电池，注入电解液，静置，化成；S3步骤：注入引发剂，引发剂与电解液发生聚合反应，得到凝胶态的锂金属电池，上述方法能够提高锂金属电池的循环性能和抗氧化性能。能够提高锂金属电池的循环性能和抗氧化性能。能够提高锂金属电池的循环性能和抗氧化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属电池及其制作方法


[0001]本专利技术涉及电化学材料
，具体涉及一种锂金属电池及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的普及，对于汽车的主要零部件
‑
动力电池的需求也越来越大。由于续航里程的要求，对电池能量密度的要求越来越高，为了追求更高能量密度的电池，研究人员不断开发高比能电池材料及体系，如超高镍正极材料、硅负极、锂金属负极等，其中锂金属负极因其具有高的比容量及低的电化学电势成为最有前景的负极材料之一。然而在实际应用中，由于锂金属的不均匀表面层，表面层包含Li2O、LiOH、Li2CO3等物质，导致表面电子传导不均匀，使得锂金属表面不可控的锂沉积，产生锂枝晶，引起不可逆容量损失及低的库伦效率，枝晶刺穿隔膜更易引起严重的安全问题，这些严重阻碍了锂金属负极的商业化应用。
[0003]通常，为了抑制锂金属负极表面的枝晶，研究人员提出了不少方法。使用多孔锂负极，通过减小局部电流密度来调节锂离子的均匀沉积；或者替换电解液成分，如溶剂、锂盐、添加剂等来改变锂金属表面SEI膜的结构和成分；阻燃固态电解质替换掉易燃的液态电解质来保证电池的安全性。研发全固态或半固态锂金属电解质来提高锂金属电池的安全性能等。但是，半固态或全固态的电解质电导率较低，在循环和倍率上的性能低于液态电解液。因此如何获得循环和倍率性能高的半固态或全固态的电解质仍是研发人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的半固态或全固态的电池存在的循环和倍率性能较低的缺陷，从而提供一种锂金属电池及其制作方法。
[0005]本专利技术提供了一种锂金属电池的制作方法，包括如下步骤：
[0006]S1步骤：将金属锂带浸泡于含奈的溶液中进行抛光，将抛光后的金属锂带浸泡于含有锂盐的磷酸酯溶液中进行原位聚合；
[0007]S2步骤：采用S1步骤的锂金属电池负极片组装锂金属电池，注入电解液，静置，化成；
[0008]S3步骤：注入引发剂，引发剂与电解液发生聚合反应，得到凝胶态的锂金属电池。
[0009]本专利技术中，金属锂带为铜箔双面覆锂的铜锂复合带。
[0010]专利技术人前期考察S1步骤，抛光采用的溶液，发现采用含其他芳香烃的溶液(例如联苯、对三联苯、间三联苯、蒽、菲等)浸泡金属锂带存在锂带发黑的问题，而本申请采用含萘的溶液浸泡金属锂带能够有效去除锂金属极片表面的Li2O、LiOH、Li2CO3等物质，改善锂金属极片的表面。
[0011]本专利技术创新地采用抛光后的金属锂带浸泡于含有锂盐的磷酸酯溶液中，发生原位聚合反应，在锂表面形成大量的磷酸基团和Li
‑
P，原位SEI膜。尤其是锂盐选自硝酸锂和/或
氟化锂，还可形成Li
‑
F保护层和Li
‑
N保护层。
[0012]进一步地，S1步骤中，锂盐选自硝酸锂和/或氟化锂，所述磷酸酯选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三乙甲基铵二丁酯中的至少一种，优选的，含有锂盐的磷酸酯溶液中锂盐的浓度为0.5M～8M，优选的，原位聚合过程中，浸泡时间为30～60min。
[0013]进一步地，抛光过程中，浸泡时间为1～60s；和/或，含奈的溶液中奈的浓度为0.01M～2M；和/或，含奈的溶液为含萘的四氢呋喃溶液。
[0014]进一步地，原位聚合之后还包括将锂带浸泡于清洗试剂进行清洗的步骤，优选的，浸泡时间为10～20min，优选的，清洗试剂为DMC(碳酸二甲酯)或DME(乙二醇二甲醚)。
[0015]进一步地，原位聚合之后还包括采用清洗试剂擦拭极耳的步骤，优选的，清洗试剂为酒精。
[0016]优选的，S2步骤中，所述化成步骤包括，以0.04
‑
0.06C恒流充电至3.6
‑
3.8V，0.09
‑
0.11C恒流充电至3.9
‑
4.0V，0.19
‑
0.21C恒流充电至4.1
‑
4.3V，恒压4.1
‑
4.3V充电至截止电流为0.04
‑
0.06C，然后以0.09
‑
0.11C恒流对电池进行放电至2.7
‑
2.9V，上述过程循环2
‑
4次；优选的，包括，以0.05C恒流充电至3.7V，0.1C恒流充电至4.0V，0.2C恒流充电至4.2V，恒压4.2V充电至截止电流为0.05C，然后以0.1C恒流对电池进行放电至2.8V，上述过程循环三次。
[0017]进一步地，S2步骤中，静置的时间至少8h，例如12
‑
24h。
[0018]其中，S2步骤，采用S1步骤的锂金属电池负极片、采用常规的正极片和隔膜经叠片工艺制作成三正四负的锂金属电池，注入常规电解液。
[0019]进一步地，所述引发剂包括具有式I所示结构的亚胺盐、醚类溶剂和环氧化合物：
[0020][0021]其中，R1、R2独立地选自C
n
F
2n+1
，n为≥0的整数；R1、R2可相同可不同；M为金属离子，q为M的化合价；
[0022]优选的，M选自镁离子、铝离子、钾离子、钠离子、铜离子、钙离子、锰离子、钴离子、锌离子、镍离子或者铯离子的一种或者多种；
[0023]优选的，q为1或者2；n为1
‑
5的整数；
[0024]优选的，亚胺盐、醚类溶剂和环氧化合物的质量比为0.01
‑
0.1:2
‑
6:5
‑
10。
[0025]进一步地，亚胺盐选自双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺钾、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺钙或者双(三氟甲磺酰基)酰亚胺镁。
[0026]进一步地，环氧化合物选自1，3二氧五环、1，4二氧六环、1，3二氧六环、碳酸亚乙烯酯中的一种或者多种；和/或，所述醚类溶剂选自乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、三乙二醇
二甲醚、二乙二醇二甲醚、邻苯二甲醚、间苯二甲醚、异山梨醇二甲醚、松脂醇二甲醚、邻苯二甲醚、乙二醇丁醚、三氟化硼二甲醚、乙二醇苯醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、乙二醇二丁醚、乙二醇单己醚、三(乙二醇)二乙烯醚、四乙二醇单甲醚、乙二醇单十二烷基醚、乙二醇叔丁醚、三乙二醇丁基甲醚、乙二醇甲醚、四乙二醇单十二烷基醚、六乙二醇单十二醚、乙二醇苯醚、乙二醇单戊醚、异山梨醇二甲醚中的一种或多种。
[0027]进一步地，S3步骤中，聚合的反应温度为25
‑
70℃，时间为8
‑
48h。
[0028]进一步地，S2步骤中，电解液包含锂盐和非水溶剂。
[0029]进一步地，S2步骤中，加入电解液的质量2.8～5.0g/Ah。
[0030]进一步地，S3步骤中，引发剂的加入量与化成后剩余电解液的质量相同。
[0031]较佳地，本专利技术的电解液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1步骤：将金属锂带浸泡于含奈的溶液中进行抛光，将抛光后的金属锂带浸泡于含有锂盐的磷酸酯溶液中进行原位聚合，制成锂金属电池负极片；S2步骤：采用S1步骤的锂金属电池负极片组装锂金属电池，注入电解液，静置，化成；S3步骤：注入引发剂，引发剂与电解液发生聚合反应，得到凝胶态的锂金属电池。2.根据权利要求1所述的锂金属电池的制作方法，其特征在于，S1步骤中，锂盐选自硝酸锂和/或氟化锂，所述磷酸酯选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三乙甲基铵二丁酯中的至少一种，优选的，含有锂盐的磷酸酯溶液中锂盐的浓度为0.5M～8M，优选的，原位聚合过程中，浸泡时间为30～60min。3.根据权利要求1或2所述的锂金属电池的制作方法，其特征在于，抛光过程中，浸泡时间为1～60s；和/或，含奈的溶液中奈的浓度为0.01M～2M；和/或，含奈的溶液的溶剂为四氢呋喃。4.根据权利要求1
‑
3中任一所述的锂金属电池的制作方法，其特征在于，原位聚合之后还包括将锂带浸泡于清洗试剂进行清洗的步骤，优选的，浸泡时间为10～20min，优选的，清洗试剂为DMC或DME。5.根据权利要求1
‑
4中任一所述的锂金属电池的制作方法，其特征在于，原位聚合之后还包括采用清洗试剂擦拭极耳的步骤，优选的，清洗试剂为酒精。6.根据权利要求1
‑
4中任一所述的锂金属电池的制作方法，其特征在于，S2步骤中，所述化成步骤包括，以0.04
‑
0.06C恒流充电至3.6
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3.8V，0.09
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0.11C恒流充电至3.9
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4.0V，0.19
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0.21C恒流充电至4.1
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4.3V，恒压4.1
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4.3V充电至截止电流为0.04
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0.06C，然后以0.09
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0.11C恒流对电池进行放电至2.7
‑
2.9V，上述过程循环2
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【专利技术属性】
技术研发人员：张文强，朱甜，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：