【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂金属电池，具体而言，涉及一种用于原位保护锂金属负极的聚合物膜及其应用。
技术介绍
1、由于能量密度优秀、循环寿命长，锂离子电池已经成为日常生活中应用广、优选的二次电池。传统锂离子电池采用石墨为负极，摇椅式设计能够充分保证安全，但也限制了能量密度的进一步发挥。用金属锂替代石墨的金属锂电池是能量密度提升的理论最佳方案。然而，金属锂电池在使用过程中易出现锂枝晶生长的情况。锂枝晶一方面易隔膜穿刺，导致电池内部短路，引发起火、爆炸等一系列安全问题，另一方面会与电解质反应，锂枝晶从电极表面脱落后会变成“死锂”，影响电池容量和循环寿命。
2、锂金属表面构筑聚合物膜，能有效抑制锂金属表面的锂枝晶生长。目前，绝大部分聚合物涂层构筑需将聚合物原料溶于乙腈、甲醇等有毒溶剂，后期再加热挥发去除溶剂，获得聚合物薄膜，如cn113346052a。然而，上述溶剂不仅有毒，存在安全隐患，而且残余溶剂会影响后续锂金属电池的电性能。
3、诸多高比能二次电池，例如锂硫电池、锂空电池，均以锂金属负极为负极。因此，锂金属负极的研究是行业未来重点，对锂金属进行保护是前端技术的发展需求。对锂金属负极进行有效保护，使其兼顾安全性和电化学性能，是其实际商业化之前所急需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于原位保护锂金属负极的聚合物膜及其应用，以解决现有技术中锂金属负极保护方法无法兼顾环保性能、安全性能和电化学性能的问题。
2、为了实现上述目的，根据本
3、进一步地，多环氧基团化合物选自三聚氰酸环氧树脂和/或八缩水甘油丙基硅氧烷。上述种类的多环氧基团化合物能够和聚醚胺形成具有稳定三维交联结构的聚合物，聚合物的化学稳定性和电化学稳定性强，电导率高，成膜性佳。将原料中包含特定种类多环氧基团化合物的聚合物膜用于原位保护锂金属负极时，聚合物膜在负极表面的附着力更好，而且更有利于生成sei膜，可以更有效地提高锂金属电池的安全性能和电化学性能。
4、进一步地，聚合物膜的原料中，来源于多环氧基团化合物的环氧基与来源于聚醚胺的氨基的摩尔比为(0.25～4):1，优选为(0.5～2):1；和/或聚醚胺的摩尔质量为230～5000g/mol，优选为230～800g/mol。上述条件下，聚醚胺能够更充分地与多环氧基团化合物进行交联生成聚合物，从而更有利于抑制锂金属表面的锂枝晶生长，改善电池安全性能。
5、进一步地，锂盐选自litfsi、lifsi、liclo4、litf和libob的一种或多种。上述种类的锂盐解离能力更强、电导率更高，更有利于提高锂金属负极的电化学性能。
6、进一步地，聚合物膜的原料中，锂盐的重量百分含量为0.1～40％，优选为15～40％，更优选为18～30％；和/或活性添加剂的重量百分含量为0.1～20％，优选为0.5～10％，更优选为1～5％；优选地，多环氧基团化合物和聚醚胺的总和，与锂盐的重量比为(2.3～4.5):1；和/或多环氧基团化合物和聚醚胺的总和，与活性添加剂的重量比为(19～99):1。在上述条件下，各原料成分之间能够更加充分地接触，更有利于多环氧基团化合物与聚醚胺进行反应，而且，聚合物膜的成分分布更均匀，更有利于对锂金属负极进行有效保护。此外，聚合物膜原料成本更低。
7、根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂金属负极的原位保护方法，包括以下步骤：将上述用于原位保护锂金属负极的聚合物膜的原料进行混合、脱泡，形成浆料；将浆料涂覆于锂金属负极表面，固化，以在锂金属负极表面形成聚合物膜。本专利技术的锂金属负极的原位保护方法中，所采用的聚合物膜的原料不含溶剂，安全环保，能够有效减少加热挥发溶剂的步骤，缩短合成工艺流程，操作简单，有利于提高生产效率，而且原料来源广泛，便于大规模工业化应用。此外，浆料的粘度适中，聚合物的合成过程简单，得到的聚合物膜具有较高的离子电导率，能够有效抑制锂金属负极锂枝晶的生长，减少由于锂金属负极与电解液接触而产生的副反应。具有聚合物膜保护的锂金属负极循环性能稳定，安全性得到大幅提高。
8、进一步地，固化的温度为20～150℃；和/或固化的时间为1～240h；优选地，当固化的温度为70～125℃时，固化的时间为4～6h；当固化的温度为20～30℃时，固化的时间为120～240h。在上述条件下，多环氧基团化合物与聚醚胺反应更加充分，生产效率更高，副反应更少。
9、进一步地，聚合物膜的厚度为0.1～100μm，优选为10～40μm。在上述条件下，更利于抑制锂枝晶生长。
10、根据本专利技术的另一方面，提供了一种改性锂金属负极，使用上述原位保护方法进行处理。锂金属负极上会涂覆有包含特定成分的聚合物膜，能够有效抑制锂枝晶生长和界面副反应发生，从而使得改性锂金属负极在电池循环中性能稳定，安全性大幅提高。
11、根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂金属电池，包括上述改性锂金属负极。锂金属电池性能稳定，安全性能高。
12、本专利技术用于原位保护锂金属负极的聚合物膜的原料中不包含溶剂，可以有效减小有毒溶剂带来的安全隐患，不易造成环境污染，而且能够避免残余溶剂造成的电池性能下降问题。本专利技术的聚合物膜原料中，聚醚胺能够和多环氧基团化合物交联得到聚合物，该聚合物具有较高的离子电导率、对锂金属表现出良好的电化学稳定性和化学稳定性。当本专利技术聚合物膜用于原位保护锂金属负极时，一方面，聚合物可以起到粘结剂的作用，能够有效附着在负极表面，另一方面，聚合物能够主动和锂枝晶反应，形成稳定sei层，有利于抑制锂金属表面的锂枝晶生长，避免锂枝晶穿刺隔膜，有效减小隔膜穿刺导致的起火、爆炸等，从而能够大幅提高锂金属电池安全性；同时还能够避免电解液与金属锂发生副反应，从而有利于提高电池的库伦效率。此外，本专利技术中活性添加剂为电导率较高的固态电解质粉末，具有优秀的锂离子传导性能，能够和锂盐、聚合物相互协同配合，大幅提高聚合物的电导率，有效降低电池阻抗，提升电池的循环和倍率性能。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于原位保护锂金属负极的聚合物膜，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的聚合物膜，其特征在于，所述多环氧基团化合物选自三聚氰酸环氧树脂和/或八缩水甘油丙基硅氧烷。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其特征在于，所述聚合物膜的原料中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物膜，其特征在于，所述锂盐选自LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiTF和LiBOB的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物膜，其特征在于，所述聚合物膜的原料中，所述锂盐的重量百分含量为0.1～40％，优选为15～40％，更优选为18～30％；和/或
6.一种锂金属负极的原位保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的原位保护方法，其特征在于，
8.根据权利要求6或7所述的原位保护方法，其特征在于，所述聚合物膜的厚度为0.1～100μm，优选为10～40μm。
9.一种改性锂金属负极，其特征在于，使用权利要求6至8任一项所述的原位保护方法进行处理。
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...【技术特征摘要】
1.一种用于原位保护锂金属负极的聚合物膜，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的聚合物膜，其特征在于，所述多环氧基团化合物选自三聚氰酸环氧树脂和/或八缩水甘油丙基硅氧烷。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物膜，其特征在于，所述聚合物膜的原料中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物膜，其特征在于，所述锂盐选自litfsi、lifsi、liclo4、litf和libob的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物膜，其特征在于，所述聚合物膜的原料中，所述锂盐的重量百分含...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊烨，罗显佳，文倩，王金广，张雅，程骞，
申请(专利权)人：上海轩邑新能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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