一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，属于新能源材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极及其制备方法，属于新能源材料

。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经对电子产品
、
交通
、
储能等领域产生了重大的影响
。
随着社会能源需求变革，人们开始期望开发出更高能量密度
、
更安全的电池，而下一代全固态电池技术被寄予厚望，它的发展肩负着改变全球能源行业格局的使命，因此吸引了产业和工业界的共同关注
。
固态电解质作为其核心组件之一，目前已开发的包括氧化物
、
硫化物
、
聚合物和卤化物等体系
。
[0003]其中，硫化物电解质凭借其高离子电导率和较好的机械特性而成为全固态电池研发中重点研究对象之一，但硫化物与高能量密度的锂负极材料接触自发发生化学反应，且充放电时固固接触易产生孔隙等缺陷以及界面枝晶生长等等问题，阻碍了高比能全固态电池的实现
。
通过将其他金属粉末与锂粉混合制备出合金材料可改善上述问题，但研制环境条件要求苛刻，易致爆，且锂粉制备
、
存储困难，不利于大规模生产；另一种常用策略是利用溅射
、
化学沉积等方法在锂金属表面构建保护层，但对保护层选择性高，而且可操作性差
、
成本高，同样不适合规模化量产
。
因此，开发出一种界面稳定
、
无枝晶r/>、
低界面阻抗的负极材料是硫化物电解质的应用至关重要，有助于发挥全固态电池的高性能优势
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极及其制备方法
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下
。
[0006]一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，所述负极由
M
金属基体层和
LiF/LiM
双相界面层组成，
M 为
In、Al、Ag、Mg
和
Sn
中的一种以上；
LiF/LiM
双相界面层的厚度为
10~100
微米，
LiF/LiM
双相界面层＜
M
金属基体层的厚度
≤200
微米，以
LiF
和
LiM
的总质量为
100%
计，
LiF
的质量分数为
20%~70%
，
LiM
的质量分数为
30%~80%。
[0007]优选的，所述
LiF/LiM
双相界面层的厚度为
20~50
微米
。
[0008]优选的，所述
M
基体层的厚度为
30~100
微米
。
[0009]优选的，以
LiF
和
LiM
的总质量为
100%
计，
LiF
的质量分数为
40%~60%
，
LiM
的质量分数为
40%~60%。
[0010]本专利技术所述的一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极的制备方法，所述方法步骤包括：在湿度小于等于
5%
的环境中，将高纯
M
金属薄与锂片接触贴合，向两者之间加入含
C
‑
F
键的锂盐溶液，完全浸润接触面，施加
15~50 MPa
压力，静置接触时间为
12~36
小时；静置结束后，将金属薄从锂片上剥离出来，干燥蒸发金属薄表面液体，得到一种硫化物基全固态
锂电池用预锂化合金负极；其中，所述含
C
‑
F
键的锂盐溶液的浓度为
1~3 mol/L。
[0011]优选的，所述高纯
M
金属薄的厚度为
30~1000
微米，纯度
≥99.9%。
[0012]优选的，所述含
C
‑
F
键的锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂（
LiTFSI
）或双氟磺酰亚胺锂（
LiFSI
）
。
[0013]优选的，所述含
C
‑
F
键的锂盐溶液的溶剂为碳酸酯类化合物
、
丁二腈或吡咯烷类离子液体
。
[0014]优选的，干燥时，首先在手套箱中干燥
5~15
小时，然后转移至真空干燥箱中
50~100℃
下干燥
6~12
小时
。
[0015]一种硫化物基全固态锂电池，所述电池的负极为本专利技术所述的一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，电解质为硫化物基固态电解质
。
[0016]有益效果本专利技术提供了一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，通过在金属薄表面进行预锂化处理后，原位生成
LiF/LiM
双相界面层
。
（1）通过
LiF
相阻碍电子进入硫化物电解质，减少电解质组分的还原分解；（2）通过
LiM
合金相改善锂离子沉积
/
剥离特性，合金的低表面能和高
Li
+
扩散速率有助于界面锂离子流和电荷均匀分布，从而达到抑制枝晶生长问题；（3）合金相中多余的锂源弥补正极材料有限活性锂离子的缺陷，提高首圈库伦效率，保证电池高容量优势；（4）金属基体可作为活性锂的存储库，实现更大容量锂脱嵌，防止界面过度锂沉积形成枝晶
。
[0017]本专利技术中提供了一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，各层结构厚度需要控制在合理范围内，层结构太薄不利于隔绝电子，造成电解质在负极侧还原形成厚界面膜，同时不利于抑制枝晶生长；层结构过厚不利于降低锂离子传输速率，增加界面阻抗
。
[0018]本专利技术提供了一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极的制备方法，通过向
M
金属薄与锂片的接触面加入含
C
‑
F
键的锂盐溶液，在较大的压力下静置一段时间，经预锂化得到所述负极，方法操作简单，易于推广
。
附图说明
[0019]图1为实施例1所述铟薄截面的扫描电子显微镜（
SEM
）图
。
[0020]图2为实施例1所述合金负极截面的
SEM
图
。
[0021]图3为实施例1所述合金负极的
Li 1s
谱
。
[0022]图4为实施例1所述组装成对称电池循环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，其特征在于：所述电极由锂基体层和
LiF/LiM
双相界面层组成，
M 为
In、Al、Ag、Mg
和
Sn
中的一种以上；
LiF/LiM
双相界面层的厚度为
10~100
微米，
LiF/LiM
双相界面层＜锂基体层的厚度
≤200
微米，以
LiF
和
LiM
的总质量为
100%
计，
LiF
的质量分数为
20%~70%
，
LiM
的质量分数为
30%~80%。2.
如权利要求1所述的一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，其特征在于：所述
LiF/LiM
双相界面层的厚度为
20~50
微米
。3.
如权利要求1所述的一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，其特征在于：所述锂基体层的厚度为
30~100
微米
。4.
如权利要求1所述的一种硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极，其特征在于：以
LiF
和
LiM
的总质量为
100%
计，
LiF
的质量分数为
40%~60%
，
LiM
的质量分数为
40%~60%。5.
一种如权利要求
1~4
任意一项所述的硫化物基全固态锂电池用预锂化合金负极的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：在湿度小于等于
5%
的环境中，将高纯
M
金属薄与锂片接触贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆道斌，吴锋，路士杰，赵志坤，谢朝香，张新宇，张宇翔，杨天雯，吕海健，李自涵，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：