【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体为以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法。
技术介绍
1、随着便携式电子产品、电动汽车和大规模电网储能设备对可充电能源的需求日益增长，人们迫切需要能量密度更高的锂电池。石墨基和硅基锂离子电池的能量密度正在接近350wh/kg的上限，金属锂负极因其高的理论比容量(3857mah/g)和低的还原电位(与标准氢电极相比为-3.04v)被视为下一代电池技术最理想的候选材料之一。但是，高反应活性的锂金属会与轻易地有机电解质发生反应并形成脆弱且不均匀的固体电解质界面膜(sei)，其在电池循环过程中由于无法承受锂金属负极巨大的体积膨胀而破碎粉化，并使新鲜锂暴露在电解液中，从而引起sei的不断重构并导致锂沉积不均匀，形成危险的锂枝晶和更多的非活性锂沉积，这导致了锂金属电池循环性能差、库伦效率低，锂枝晶甚至会刺穿隔膜并导致内部短路从而造成安全隐患，这些问题都极大地限制了锂金属电池的实际应用。因此，具有优秀结构稳定性的坚固sei对于高性能的锂金属电池至关重要。
2、为了解决这些难题，目前已经开展了许多针对性的研究，包括聚合物保护层、合金材料、电解液添加剂、人工固体电解质界面膜、改性隔膜以及三维集流体，这些改进策略都是为了获得稳定的sei用于调节锂均匀沉积，以此来获得具有良好性能的锂金属电池。例如专利文献cn114583172a，选用四氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)涂覆在锂金属表面以抑制锂枝晶的生长，但是聚合物材料的离子电导率较低，尤其是在室温条件下，这不利于实现高性能电池。专利文献cn1176
3、从这些解决策略综合来看，通过预处理锂金属是获得人工sei是一种可行且便利的方法。因为具有稳定结构的sei可以有效抑制锂金属与有机电解液的副反应并抑制锂枝晶的生长，而且只需要改变预处理条件就能准确构筑sei的主要成分，操作简便，工艺简单。众所周知，lif是sei中的比较重要的成分。lif的存在有助于在电极表面形成稳定的、导离子性好的钝化膜，提高电极反应的可逆性，减少电池的浓差极化。lif还能增强电池的倍率性能，使得锂离子迁移数增大，电解液中可迁移的li+数目增多，富含lif的sei层具有表现出高的机械强度和紧凑致密的结构，防止锂金属破裂粉化，抑制锂枝晶的生成，并表现出高li+传导率。通过将含氟的有机酸酐溶剂直接和锂金属反应，在表面原位构筑含有lif的人工sei，抑制锂金属和电解液之间的不良反应，从而促进锂金属电池的稳定循环，为锂金属电池的实际应用提供新的解决方案。
4、现有技术存在以下缺陷：
5、1)原生sei结构强度低，副反应产物多，不能有效抑制锂枝晶和死锂；
6、2)相比于非原位的物理涂层法制备的sei膜，原位构筑会得到薄的富含lif的sei膜，不会显著增加电极质量，有利于提高电池的能量密度；
7、3)非原位不能实现对sei膜组成和结构的精确控制。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种锂金属电池原位人工sei构筑方法，此方法通过原位预处理金属锂片，让有机酸酐化合物和锂金属直接接触并发生化学反应，从而预先在锂金属表面原位生成人工sei。锂金属预先用有机溶剂清洗，尽可能去除表面钝化膜。通过控制反应时间来控制锂金属和有机酸酐的反应程度，以此来控制人工sei的厚度。此方法因为已经在锂金属表面生成了sei，可在后续的充放电循环中有效减少因生成sei而造成的电解液消耗问题，延长了电池使用寿命。此外，该方法可在锂金属表面生成厚度可控的sei，操作简单，可控性强。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，具体包括以下步骤：
5、s1、锂金属表面的清洗：选取规格为直径16mm、厚度0.6μm的锂金属圆片，用有机溶剂清洗锂金属表面，尽可能去除锂金属表面的杂质，清洗完毕后将锂片放平，待有机溶剂挥发后即对锂金属进行表面修饰；
6、s2、锂金属表面修饰：将有机酸酐倒入干净的玻璃培养皿中，将多片步骤s1中清洗干净的锂片水平放入培养皿内，控制反应时间0.5-30min，反应完成后再用有机溶剂清洗锂金属表面，去除未反应的有机酸酐溶液；
7、s3、进行锂金属电池的组装或li-li对称电池的组装。
8、优选的，所述步骤s3中当采用锂金属电池的组装，具体步骤为：
9、t1、将步骤s2所得的有机酸酐修饰的锂金属圆片作为电池负极，以25μm厚的celgard 2500为隔膜，正极采用以磷酸铁锂为活性物质的铝极片，电解液采用添加1m六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯ec和碳酸二乙酯dec混合成的有机溶液；
10、t2、最后采用cr-2032型号的电池壳组装扣式电池。
11、优选的，所述步骤t1中ec和dec的体积比为1:1，每个电池的电解液用量控制在80μl。
12、优选的，所述步骤s3中当采用li-li对称电池的组装，具体步骤为：
13、e1、选取两片步骤s2中用相同有机酸酐修饰的锂金属圆片作为对称电池的两极，以25μm厚的celgard 2500为隔膜，电解液采用添加1m六氟磷酸锂lipf6的碳酸乙烯酯ec和碳酸二乙酯dec混合成的有机溶液，；
14、e2、最后采用cr-2032型号的电池壳组装扣式电池。
15、优选的，所述步骤e1中ec和dec的体积比为1:1，每个电池的电解液用量控制在80μl。
16、优选的，所述步骤s1-s3均在手套箱内完成，手套箱整体气氛为氩气，氧含量和水含量均在0.01ppm以下。
17、优选的，所述步骤s1中的有机溶剂为四氢呋喃、二乙基醚、甲基叔丁基醚或乙二醇二甲醚中的一种。
18、优选的，所述步骤s2中的有机酸酐为三氟甲烷磺酸酐、二氟乙酸酐、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤S3中当采用锂金属电池的组装，具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤T1中EC和DEC的体积比为1:1，每个电池的电解液用量控制在80μL。
4.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤S3中当采用Li-Li对称电池的组装，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤E1中EC和DEC的体积比为1:1，每个电池的电解液用量控制在80μL。
6.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤S1-S3均在手套箱内完成，手套箱整体气氛为氩气，氧含量和水含量均在0.01ppm以下。
7.根据权利要求1所
8.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤S2中的有机酸酐为三氟甲烷磺酸酐、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、七氟丁酸酐中的一种，倒入量能浸没锂金属即可。
...【技术特征摘要】
1.以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤s3中当采用锂金属电池的组装，具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤t1中ec和dec的体积比为1:1，每个电池的电解液用量控制在80μl。
4.根据权利要求1所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在于：所述步骤s3中当采用li-li对称电池的组装，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的以有机酸酐在锂金属表面原位构筑固体电解质界面膜方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨启东，张开龙，胡伟伟，韩冬冬，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：
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