【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学能源存储，具体涉及一种改善锂负极与无机电解质界面的弹性导锂层，其制备方法和应用
技术介绍
1、基于无机固态电解质的锂金属电池因其高能量密度和良好的安全性而备受关注。这类固态锂金属电池采用高机械和热稳定性更高的无机固态电解质替代易挥发、易燃的传统有机液态电解质，有效避免了有机分子泄漏的风险，从而大幅提升电池安全性，并允许使用高能量密度的锂金属(3860mah g-1)作为负极材料。然而，锂金属负极与无机固态电解质间的界面问题仍是一个重大挑战。锂负极和无机电解质间的刚性接触、低锂离子传输效率、高界面阻抗、以及可能的副反应导致锂枝晶的和生长，这些因素都严重影响了固态锂金属电池的电化学性能和使用寿命。
2、为解决锂金属负极与无机固态电解质间的界面问题，当前研究主要着眼于优化无机固态电解质材料的组成、提高界面接触的均匀性、引入聚合物缓冲层，以及提高无机固态电解质的离子电导率。其中，通过添加各种添加剂到电解质中，以改善电解质与锂金属之间的兼容性，是研究者常用的策略；采用多种聚合物涂层以在锂金属负极与无机固态电解质界面间形成稳定的缓冲层，是提高界面稳定性的有效方法。此外，研究者也在探索新型复合电解质材料的设计，旨在从物理角度阻止锂枝晶的生成，进而增强电池的安全性和延长其循环寿命。
3、尽管这些方法在一定程度上改善了锂金属负极与无机固态电解质之间的界面问题，但仍存在诸多限制：如原位反应产生或者人工修饰的中间层耐疲劳性不足，难以适应锂金属持续反复的体积变化；中间层的回弹性不足，无法在锂金属负极深度沉积/
技术实现思路
1、为解决上述刚性界面的接触问题，本专利技术提出了一种利用弹性导锂层改善锂负极与无机固态电解质界面稳定性的方法及其应用。该方法涉及在锂金属负极与无机固态电解质之间引入一层由弹性基体、锂盐和增塑剂组成的弹性导锂层，其中锂盐和增塑剂在弹性基体中均匀分散，形成一种具有高离子电导率的弹性层。与原本刚性的锂金属负极/无机固态电解质接触相比，这种弹性导锂层提供了更有效的界面接触，不仅增强了锂离子的传输效率，还有效预防了锂金属与无机固态电解质之间的潜在副反应，从而显著提升了电池的电化学性能和循环寿命。特别是在锂金属电池进行深度充放电过程中，弹性导锂层能够维持锂负极与无机固态电解质间稳定的锂离子传输，确保锂金属电池稳定、安全运行。
2、具体的说，本专利技术的第一方面是提供一种改善锂负极与无机固态电解质界面稳定性的弹性导锂层，所述弹性导锂层置于锂金属负极与无机固态电解质之间，且所述弹性导锂层由弹性基体薄膜、锂盐和增塑剂组成，其中所述锂盐和增塑剂均匀分散于所述弹性基体中。
3、在本专利技术中，所述弹性导锂层中，弹性基体薄膜质量占比40％至80％，锂盐质量占比2％至40％，增塑剂质量占比5％至50％。
4、在本专利技术中，所述弹性基体薄膜选自聚二烯烃类、丙烯腈橡胶类、聚氨酯类、热塑性弹性体类、氟橡胶、硅橡胶、聚醚弹性体、聚脲弹性体或聚砜弹性体，且所述弹性基体直接使用或进行化学交联后使用。
5、优选的，所述的聚二烯烃类为丁苯橡胶或丁基橡胶，所述的丙烯腈橡胶类为丙烯腈-丁二烯橡胶或氢化丙烯腈-丁二烯橡胶，所述的聚氨酯类为聚醚型聚氨酯或聚酯型聚氨酯，所述的热塑性弹性体类为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或聚酯热塑性弹性体，所述的氟橡胶为四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或氟硅氧烷橡胶，所述的硅橡胶为聚二甲基硅氧烷。
6、在本专利技术中，所述锂盐选自lipf6、liasf6、libf4、liclo4、licf3so3、lin(cf3so3)2、lib(c2o4)2或lic2o4bf2。
7、在本专利技术中，所述增塑剂选自碳酸酯类、酯类、醚类、酮类、阻燃的磷酸酯类以及二甲基亚砜、乙二醇、离子液体、富氟小分子。
8、优选的，所述的碳酸酯类为乙烯碳酸酯或二甲基碳酸酯，所述的酯类为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，所述的醚类为二甲醚或乙二醇二甲醚，所述的酮类为环己烷二酮或环己酮，所述的阻燃的磷酸酯类为磷酸三甲酯或磷酸三甲酯。
9、在本专利技术中，所述的弹性导锂层的厚度范围在0.05微米至500微米之间。
10、本专利技术的第二方面，是提供本专利技术第一方面所提供的一种改善锂负极与无机固态电解质界面稳定性的弹性导锂层的制备方法。该弹性导锂层的制备方法，包括下述步骤：
11、(1)弹性基体薄膜的制备：弹性基体单独或与其交联剂、引发剂、硫化剂一同溶解在有机溶剂中，此溶液经成膜、室温干燥及真空干燥后，形成弹性基体薄膜；
12、(2)步骤(1)所得到的弹性基体薄膜可直接使用，或再经过高温热处理后使用；
13、(3)步骤(2)所得到的弹性基体薄膜通过浸没在锂盐的增塑剂溶液中进行溶胀，从而获得弹性导锂层。
14、在本专利技术中，优选的所述步骤(1)的弹性基体薄膜是采用溶解-浇筑成膜法、挤出成型法、刮涂法、旋涂法或热压法形成。
15、在本专利技术中，优选的所述步骤(2)弹性基体的高温热处理温度范围在100至250℃，热处理时间为5至180分钟。
16、在本专利技术中，优选的所述步骤(3)溶胀处理，其溶胀时间为0.05至72小时，溶胀时温度为0至60℃。
17、本专利技术的第三方面，是提供本专利技术第一方面所提供的一种改善锂负极与无机固态电解质界面稳定性的弹性导锂层和本专利技术第二方面所提供的制备方法所制备的弹性导锂层在制备锂金属电池的应用。
18、在本专利技术中，所述的锂金属电池，包括一锂金属负极、一无机固态电解质以及置于所述锂金属负极与所述无机固态电解质之间的弹性导锂层。
19、在本专利技术所提供的在锂金属电池的具体应用中，所选用的无机固态电解质选自但不限于nasicon型固态电解质、硫化物固态电解质、石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、反钙钛矿型固态电解质等。弹性导锂层在这些电池中被置于锂金属负极和无机固态电解质之间，确保了两者之间的优化接触。
20、在一些实施例中，本专利技术利用弹性导锂层改善锂负极与无机固态电解质之间的物理和化学接触。弹性导锂层具有良好的弹性和导锂性，为锂负极、无机固态电解质提供更充分、紧密的界面接触以及更高效的锂离子传输，并预防锂负极与无机固态电解质直接接触可能发生的还原反应，避免锂枝晶的生长，从而改善固态锂金属电池的电化学性能和循环寿命。
21、在一些实施例中，本专利技术中的弹性导锂层还特别设计来应对锂金属电池在深度充放电条件下的挑战。弹性导锂层的特性，如其可调节的厚度、机械弹性和优化的锂离子传输通道，确保了在电池长期运行和高负载条件下的稳定性和安全性。这种设计有助于提高电池的能量密度和功率密度，同时延长其使用寿命。
22、在一些实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改善锂负极与无机固态电解质界面稳定性的弹性导锂层，其特征在于，所述弹性导锂层置于锂金属负极与无机固态电解质之间，且所述弹性导锂层由弹性基体薄膜、锂盐和增塑剂组成，其中所述锂盐和增塑剂均匀分散于所述弹性基体中。
2.根据权利要求1所述的弹性导锂层，其特征在于，所述弹性导锂层中，弹性基体薄膜质量占比40％至80％，锂盐质量占比2％至40％，增塑剂质量占比5％至50％。
3.根据权利要求1所述的弹性导锂层，其特征在于，所述弹性基体薄膜选自聚二烯烃类、丙烯腈橡胶类、聚氨酯类、热塑性弹性体类、氟橡胶、硅橡胶、聚醚弹性体、聚脲弹性体或聚砜弹性体，且所述弹性基体直接使用或进行化学交联后使用。
4.根据权利要求3所述的弹性导锂层，其特征在于，所述的聚二烯烃类为丁苯橡胶或丁基橡胶，所述的丙烯腈橡胶类为丙烯腈-丁二烯橡胶或氢化丙烯腈-丁二烯橡胶，所述的聚氨酯类为聚醚型聚氨酯或聚酯型聚氨酯，所述的热塑性弹性体类为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或聚酯热塑性弹性体，所述的氟橡胶为四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或氟硅氧烷橡胶，所述的硅橡胶为聚二甲基硅氧烷。
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