[发明专利]一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法

说明书

本发明提供了一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法，所述方法是通过在正极极片或隔膜中加入可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，电池组装后，在锂表面还原形成锂成核位点，促进锂均匀沉积，形成大块锂，而不形成枝晶，从而降低锂沉积层的比表面积，减缓电解液的消耗，提高锂金属电池的性能。相比于现有技术中采用高锂盐浓度电解液避免产生锂枝晶的方法，本申请的方法可以适用各种电解液体系，无需采用高浓度锂盐。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法。

背景技术

纯电动汽车由于使用过程中里程限制，急需高比能量的锂金属电池提高续航里程。高比能量锂金属电池的开发一方面依赖于开发高镍等新型的正极材料，另一方面依赖于开发新型的负极材料，如硅碳负极、锂金属负极。锂金属负极具有高的理论比容量(3840mAh/g)、低的电位(-3.04V vs SHE)和金属中最小的密度(0.534g/cm³)，有可能用于下一代具有更高比容量的锂金属电池。

然而，锂金属负极的使用目前还面临居多难题。

首先，安全性就是一个巨大的挑战。由于在循环过程中锂的不均匀沉积，导致很容易在负极表面形成锂枝晶，而负极表面形成的锂枝晶可能穿透隔膜导致短路，引起电池温度迅速升高甚至着火、爆炸。

其次，锂枝晶容易从锂负极表面脱落形成死锂，引起活性锂的损耗以及电池内阻的升高。同时，由于锂金属非常活泼，在活泼的锂金属负极表面无法形成稳定的界面层，电解液和新沉积的锂枝晶不断反应而被消耗，当电解液消耗完毕后，电池性能迅速恶化。

因此，目前采用金属锂负极的锂金属电池的循环性能不如采用碳负极的锂金属电池稳定。促进锂均匀沉积，抑制锂枝晶生长是当前推进锂金属负极应用的难题。

现有工艺中，通过将隔膜直接和锂片接触，并对隔膜进行改性，在表面涂覆无机陶瓷材料或电解质能提高隔膜的耐穿刺性能，改善锂金属电池的安全性能。直接对锂片表面进行处理，在锂片表面形成有机或无机锂金属导体，也能减少枝晶的形成。但两种方法并不能从根本上完全抑制锂枝晶的形成。采用高浓锂盐的电解液能够使锂在沉积过程中不形成枝晶，而形成大块状的锂沉积。大块状的锂沉积不但能降低新沉积锂的比表面积，减少液态电解液的消耗速度，而且能显著提高锂金属电池的循环性能。但是高浓锂盐的电解液通常粘度比较大，润湿性较差，而且只能针对特定的醚类溶剂体系，应用范围受到限制。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种通过溶液缓释控制锂沉积的方法，所述方法可以使锂在充电过程中均匀沉积，不形成锂枝晶，相反地，形成大块锂，以此提高锂金属电池的性能。

本发明还提供一种锂金属电池，所述锂金属电池是通过在正极极片或隔膜中加入可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，实现锂在锂金属表面的均匀沉积，并形成大块锂。

本发明还提供一种锂金属电池的制备方法，所述方法包括将含可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的正极极片或涂布有可在锂金属电池用电解液中微溶的组分的隔膜组装到电池中，通过微溶组分的缓释控制锂的沉积。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种通过缓释控制锂沉积的方法，所述方法包括：在锂金属电池用正极极片制备过程中添加可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，或在锂金属电池用隔膜表面涂布可在锂金属电池用电解液中微溶的组分，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分能在电解液中微溶，并在锂金属负极表面电沉积析出，形成纳米颗粒，作为锂的成核剂，促进充电过程中锂沉积形成块状锂。

根据本发明，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分包括金属氧化物、金属磷酸盐、金属锰酸盐、金属碳酸盐、金属氢氧化物、金属氟化物等中的至少一种。

根据本发明，所述可在锂金属电池用电解液中微溶的组分在锂金属电池用电解液中的溶解度为0.05μM-1mM。