[发明专利]一种金属电极及电池

说明书

为克服现有金属电极存在表面不均匀沉积引起的金属枝晶的问题，本发明提供了一种金属电极，包括金属层和涂层，所述涂层包括至少一种嵌段共聚物；所述嵌段共聚物包括用于独立传导金属离子的第一聚合物嵌段和用于提供机械强度的第二聚合物嵌段；所述涂层的剪切模量≥10⁷Pa，所述涂层的厚度为500nm～50μm。同时，本发明还公开了包括上述金属电极的电池。本发明提供的金属电极具有良好的离子导电性能和金属枝晶抑制能力。

技术领域

本发明属于电化学电池技术领域，具体涉及一种金属电极及电池。

背景技术

金属作为电池负极的设想从被提出以来经历了较长时期的发展。金属作为负极，在能量密度上具有优势。以锂金属为例，锂的电位(-3.04V vs标准氢电极)低、理论比容量(3860mAh/g)高，可赋予电池较高的能量密度。因此，锂金属作为负极在早期锂二次电池的研究中有所应用。但是出于此类电池安全性能的考虑，石墨等嵌入型负极材料逐渐兴起，锂金属负极的研究在一段较长的时间内陷入滞缓阶段。随着对可充放电电池能量密度的需求越来越高，使用金属负极的高能量密度电化学电池具有较大的潜力，关于金属负极的研究再次成为热点。

金属作为负极有诸多优势，但目前仍未取得广泛的应用，主要是因为使用金属作为电池负极存在一些局限。以锂电池为例，在充放电过程中，电池通过内部锂离子在正负极之间可逆的嵌入/脱出进行工作。在锂金属负极与电解质的界面处，由于界面的接触问题或缺陷位点的存在，导致部分位点电流密度较大，在这些位点处的锂离子沉积速率加速，引起锂的非均匀沉积即树枝状晶体，产生死锂，或进一步发展的锂枝晶刺穿电解质或隔膜，最终导致锂电池的性能衰减或失效。在使用其他金属或其合金作为负极的电化学电池中，也会出现相似的问题。

现有文献(物理化学学报,2016,32(12),2821-2821)中报道了一种采用多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为金属锂保护的技术，利用其高模量抑制锂枝晶，而其本身不具有导锂性能，因此该PDMS保护层存在增大锂负极与电解质界面阻抗的风险。

现有专利CN109792043A中公开了一种金属组件，其涂层是一种带有-SO₃Y官能团的氟聚合物，通过氟聚合物与金属锂的反应生成带LiF提升组件的稳定性，但氟代聚合物的成本较高，同时离子电导率较低(80℃不超过6×10^-6S/cm)，其引入会增加电池的阻抗，影响性能。

现有专利CN103026542A中公开了一种采用嵌段聚合物作为固态电解质的技术，其公开技术中采用嵌段聚合物主要用途是作为正极、负极之间的电解质，除了抑制锂枝晶外还必须起到隔绝正负极的作用，难以与电极紧密贴合，难以抑制金属枝晶的产生，仅能起到抑制其继续生长的作用，且制备出的电池具有较高的内阻。

发明内容

针对现有金属电极存在表面不均匀沉积引起的金属枝晶的问题，本发明提供了一种金属电极及电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种金属电极，包括金属层和涂层，所述涂层包括至少一种嵌段共聚物；

所述嵌段共聚物包括用于独立传导金属离子的第一聚合物嵌段和用于提供机械强度的第二聚合物嵌段；

所述涂层的剪切模量≥10⁷Pa，所述涂层的厚度为500nm～50μm。

可选的，所述第一聚合物嵌段包括至少一个含氧基团的重复单元。

可选的，所述第一聚合物嵌段包括至少一个含醚基的重复单元和至少一个含酯基的重复单元中的一种或多种。

可选的，所述第一聚合物嵌段包括聚氧化乙烯和聚己内酯中的一种或多种。

可选的，所述第二聚合物嵌段包括至少一个含芳基乙烯基的重复单元和至少一个含丙烯酸酯基的重复单元中的一种或多种。