[发明专利]一种具有双相表面保护层的锂片、其制备方法及应用

说明书

本发明公开一种具有双相表面保护层的锂片、其制备方法及应用，其中，所述具有双相表面保护层的锂片的制备过程如下：(1)将金属卤化物溶于有机溶剂中得到浓度为10 mM~50 mM的溶液，将溶液滴加到表面覆盖有玻璃纤维隔膜的锂片表面，静止20 min~40 min；(2)去掉玻璃纤维隔膜，依次用有机溶剂冲洗锂片；(3)将清洗后的锂片室温干燥，即得。将其应用于对称电池，对锂金属枝晶的生长有很好的抑制效果；将其应用于锂硫电池，双相表面保护层与多硫化物反应生成金属硫键，阻挡多硫化物和锂金的反应的同时排斥富电子的多硫化物，并且对枝晶的生长有很好的抑制效果。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，特别是涉及一种具有双相表面保护层的锂片、其制备方法及应用。

背景技术

伴随着化石能源大程度的开发利用，环境污染在不断加剧，因此新能源的开发成为了当今研究的重点。而传统石墨负极的锂离子电池能量密度已接近于理论值，采用锂金属代替传统石墨负极、S或O₂代替传统正极的高比能锂-硫、锂-氧二次金属电池成为了当今研究的热点。然而在电池充放电过程中，可溶性的多硫化物等副反应因子会和金属锂负极不断发生反应，导致活性物质（锂、硫）的不断消耗，同时不稳定的固态电解质界面膜会引起锂枝晶的生长等特点，阻碍了高能量密度的锂硫电池的商业化进程。

针对上述金属锂负极以及锂-硫电池中存在的问题，目前主要采用的策略有一下几方面：锂负极方面，1）固态/准固态电解质抑制枝晶的生长，采用固态/准固态能够在一定程度上抑制或减缓枝晶的生长，但是根本上无法抑制，而且带来了严重的界面阻抗问题；2）采用3D集流体骨架可以在很大程度上降低枝晶的生长和锂金属体积的变化，但是3D骨架的引入会很大程度增加阳极质量，进而很大程度上降低电池能量密度；3）电解质优化或添加剂调节锂离子沉积，通过优化电解质成份/或使用电解质添加剂等策略提高脱锂/嵌锂能力，虽在一定程度上有利于提高电池稳定性，但是合适的电解液配方和添加剂是当今研究的空白点，需要更多的时间探讨优化；4）界面工程稳定锂金属阳极，通过化学方法或物理方法在锂金属表面构建稳定的界面保护层，实现高的亲锂性、锂离子流均匀化，抑制枝晶的生长和提高库伦效率，虽然此方法目标性强，操作简单，具有很高的应用价值，但是目前还未找到合适的有效且可大规模应用的技术方案。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种具有双相表面保护层的锂片、其制备方法及应用，采用该溶剂溶解一定量的金属卤化物对锂金属表面进行预处理，可在锂金属表面原位构筑一层富含卤化锂和锂金属合金的的双相表面保护层，从而能够有效的稳定锂金属阳极，减少锂金属与副反应因子的反应和抑制锂金属枝晶的生长，提高锂金属电池安全性和循环稳定性，以在很大程度上解决了现有锂金属阳极在二次电池中易与电解质发生副反应，以及锂枝晶无限生长等问题。

一种具有双相表面保护层的锂片的制备方法，过程如下：

(1) 将金属卤化物溶于有机溶剂中得到浓度为10 mM~50 mM的溶液，将溶液滴加到表面覆盖有玻璃纤维隔膜的锂片表面，静止20 min ~40 min；

(2)去掉玻璃纤维隔膜，依次用有机溶剂冲洗锂片；

(3)将清洗后的锂片室温干燥，即得，所述金属卤化物为氟化亚锡、氯化亚锡、溴化亚锡、氟化锌和氟化铟中的至少一种；所述有机溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中的至少一种。

进一步地，所述锂片的直径为16 mm，溶液的滴加量为60 μL。

上述制备方法制得的具有双相表面保护层的锂片，所述构建的保护层厚度为1 μm-10 μm。

上述具有双相表面保护层的锂片在锂电池中的应用。