[发明专利]锂负极预处理保护剂、锂负极预处理保护方法及具有保护层的锂负极

说明书

本发明实施例提供一种锂负极预处理保护剂，所述锂负极预处理保护剂包括如式(1)所示的含有磺酰氟结构的化合物，其中，R为n价烃基、取代烃基或烃氧基，n为1‑3的整数；磺酰氟结构中的硫原子与所述烃基、取代烃基中的碳原子连接或与所述烃氧基中的氧原子连接。采用该预处理保护剂对锂负极进行预处理，可在锂负极表面原位形成富含氟化锂和含硫化合物的保护层，从而可有效稳定锂负极，减少副反应和缓解锂枝晶的产生，提高锂电池的库伦效率和安全性。本发明实施例还提供了一种锂负极预处理保护方法和具有保护层的锂负极。

技术领域

本发明实施例涉及锂二次电池技术领域，特别是涉及一种锂负极预处理保护剂、锂负极预处理保护方法及具有保护层的锂负极。

背景技术

随着科学技术的日新月异，消费者对移动终端设备的能量密度要求越来越高，而基于传统石墨负极的锂离子电池能量密度已接近天花板。采用金属锂负极可以大幅提高锂电池的能量密度，显著提升用户体验。然而金属锂负极存在化学活性高(导致库伦效率低)、锂枝晶生长(引起副反应和安全隐患)和体积膨胀大(SEI膜不断破裂与重建)等特点，阻碍了高能量密度金属锂电池的商业化进程。

针对以上金属锂负极存在的问题，目前主流采用的策略有以下四个方面：1)电解质工程调节锂沉积，通过优化电解液组成和/或添加添加剂来提高金属锂的沉积/溶出库伦效率，虽然该策略操作性强、效果显著，是改善锂负极稳定循环的有效途径之一，但是合适的电解液配方和添加剂是当前研究的难点，需要长期不断迭代优化；2)固态电解质抑制枝晶蔓延，采用固态电解质可以在一定程度上抑制或减缓锂枝晶的生长，但是不能从根本上解决锂枝晶问题，并且固体与固体接触会带来严重的界面问题；3)定制主体限制体积变化，采用定制主体(如3D集流体或3D纳米骨架)可以在很大程度上缓解锂枝晶和体积变化，但是定制主体本身不存在锂源，或者复合锂金属后比容量降低，都会直接影响其高能量密度特性的发挥；4)界面工程稳定锂负极，通过物理或化学方式在锂负极表面构建稳定界面，实现均匀化锂离子流，提高库伦效率和缓解锂枝晶生长，虽然该策略操作方式简单、针对性强，具有一定实用价值，但目前还未找到既有效又可实现大规模实用的技术方案。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供一种锂负极预处理保护剂，采用该预处理保护剂对锂负极进行预处理，可在锂负极表面原位形成富含氟化锂和含硫化合物的保护层，从而可有效稳定锂负极，减少副反应和缓解锂枝晶的产生，提高锂电池的库伦效率和安全性，以在一定程度上解决现有锂负极易发生副反应，以及锂枝晶生长的问题。

具体地，本发明实施例第一方面提供一种锂负极预处理保护剂，所述锂负极预处理保护剂包括如式(1)所示的含有磺酰氟结构的化合物，

其中，R为n价烃基、取代烃基或烃氧基，n为1-3的整数；磺酰氟结构中的硫原子与所述烃基、取代烃基中的碳原子连接或与所述烃氧基中的氧原子连接。

本发明实施方式中，所述R为碳原子数1-20的烃基、取代烃基或烃氧基。

本发明实施方式中，所述R选自烷基、亚烷基、卤代烷基、卤代亚烷基、烷氧基、亚烷氧基、卤代烷氧基、卤代亚烷氧基、烯基、亚烯基、卤代烯基、卤代亚烯基、烯氧基、亚烯氧基、卤代烯氧基、卤代亚烯氧基、芳基、亚芳基、卤代芳基、卤代亚芳基、芳氧基、亚芳氧基、卤代芳氧基、卤代亚芳氧基中的任意一种。

本发明实施方式中，所述卤代烷基、卤代亚烷基、卤代烷氧基、卤代亚烷氧基、卤代烯基、卤代亚烯基、卤代烯氧基、卤代亚烯氧基、卤代芳基、卤代亚芳基、卤代芳氧基、卤代亚芳氧基中的卤素包括氟、氯、溴、碘，所述卤代为全卤代或部分卤代。

本发明实施方式中，所述锂负极预处理保护剂还包括有机溶剂，所述有机溶剂包括四氢呋喃、二甲醚、二甲基硫醚、1,3-二氧环戊烷、1,4-二氧环噁烷、1,2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、双-三氟乙基醚、六氟异丙基甲醚、六氟异丙基乙醚、全氟丁基甲醚、全氟丁基乙醚、四氟乙基四氟丙基醚、四氟乙基八氟戊基醚中的一种或多种。