[发明专利]锂二次电池负极表面改性方法、使用该方法制得的Ag改性锂电极及应用

说明书

本发明公开了一种锂二次电池负极表面改性方法，包括如下步骤：以纳米Ag粉为电解质，四氢呋喃为溶剂，在H₂O0.1ppm，O₂0.1ppm的氩气手套箱中配制浓度为0.8～1.0mg/ml的纳米Ag四氢呋喃溶液，加热超声处理12～24h，取上层悬浊液，待用；取经过预处理的锂电极极片，取所述悬浊液滴到锂电极极片表面，静置，待四氢呋喃挥发后，在75～100Mpa压力下放置20～30min，即得到表面合金化改性的锂电极。与现有技术相比，本发明提供的表面改性方式能够在充放电过程中于负极表面生成一层强健的Li‑Ag合金，降低了锂负极与电解液之间的非法拉第反应，抑制锂枝晶，使电池的循环性能和安全性能得以提升。

技术领域

本发明属于电化学电池技术领域，特别是涉及一种锂二次电池负极表面改性方法、使用该方法制得的Ag改性锂电极及应用。

背景技术

受化石燃料消耗过度以及其带来的环境污染双重压力下，尤其针对汽车尾气排放问题，各国政府通过制定一系列战略规划、技术研发、市场监管等政策推进汽车低碳化进程，扶持新能源汽车产业的发展，新能源汽车必将取代传统的燃油汽车。但是，现有的商业锂离子电池，受负极材料的影响，难以满足新能源汽车里程要求，必须开发新型更高质量比容量和更高能量密度的负极材料。

锂(Li)具有极高的质量比容量(3860mAh g^-1)和极低的电极电势(-3.045V vsSHE)而使其受到广泛关注，近年来，高面积比能量密度的Li-S电池和Li-O₂电池的研究更是让锂负极的研究受到追捧。

然而，由于金属锂的特殊性，锂负极在实际应用中困难重重。其中两个主要的问题是亟待解决的：

1、金属锂易与电解液发生非法拉第反应，快速消耗活性物质并引起循环衰减；2、锂负极表面在电化学过程中会形成枝晶。金属锂易与电解液(特别是电解质盐)发生非法拉第反应直至生成稳态的固态电解质膜(SEI膜)，这层稳定的SEI膜会阻止锂与电解液的进一步反应，但是会消耗一部分的电解液与锂负极；锂负极在充电过程中，由于表面凹凸不平，导致表面电位不一致，造成锂的不均匀沉积，生成树枝状的结晶，即锂枝晶；当沉积到一定程度后会刺破表层SEI膜，使得部分裸漏的锂负极与电解液接触发生非法拉第反应，造成电解液和锂负极的消耗；继续沉积至一定程度后，枝晶会发生折断而成为“死锂”，造成能量的损失；更严重的是，枝晶可能穿过隔膜，导致电池内部的短路，产生大电流和热失控，甚至引发爆炸，造成严重的安全隐患。因此为了推进金属锂电池的实用化，解决锂枝晶的生长问题成为重中之重。

综合目前国内外的研究成果，对金属锂负极的改善办法主要分以下几种：制备锂合金负极；改变电极表面形貌，使表面更均匀；对锂负极进行预处理改性；开发新型电解质体系等。采用锂合金作为负极，降低了负极的反应活性，减少电解液与负极的非法拉第反应，促进锂的均匀沉积，进而抑制枝晶生成，但与此同时，负极整体的比容量和能量密度大幅降低，得不偿失；采用纳米锂粉取代锂箔，提高性能的同时增加了制造成本，且纳米锂粉易燃易爆，操作困难；预处理改性是目前研究最热门的方向，但无论那种预处理方式，时效性难以满足实际应用的需求；开发新型电解质体系，包括开发电解液添加剂、电解液溶剂、新型溶质等，合适的电解质确实可以改善界面相容性，提高电池性能，但目前发展较为缓慢。综上所述，各种改性方式虽然取得了一定进展，但仍无法完全消除锂负极的安全隐患。因此，仍需研究开发新型的锂负极改性方式，以推动金属锂二次电池的商业化应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂二次电池锂负极表层合金化改性方法，由于锂负极合金化可以大大减少锂负极与电解液的非法拉第反应，抑制锂枝晶的生长；但与此同时负极中含有大量的非锂元素(通常含量超过50％)，致使负极的电化学性能受影响。因此，本发明利用Ag粉在充放电过程中与锂负极表面生成强健的Li-Ag合金，降低锂表面活性，抑制非法拉第反应，还可以抑制枝晶生长，以解决锂负极实际应用中的问题。