[发明专利]用于锂金属阳极的保护材料、其制备方法及其用途

说明书

本发明涉及用于保护锂金属片、特别是锂金属阳极的涂料。所述涂料包含金属氟化物例如AlF₃和包含碳酸氟代亚烷基酯例如碳酸氟代亚乙基酯(FEC)。本发明提供使用此涂料的方法，包括提供金属氟化物；提供碳酸氟代亚烷基酯；和使用研磨罐将金属氟化物和碳酸氟代亚烷基酯进行混合以得到所述涂料；然后使此涂料铺展和沉积在锂片上。被所述涂料保护的锂片可以用于锂离子电池中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月8日提交的美国临时申请No.62/830,777的优先权，将其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明总体涉及控制在电池中在金属锂和电解质之间的反应性。更具体而言，本发明涉及保护材料及其用于处理锂金属阳极的表面的用途。根据本发明的保护材料包含金属氟化物和碳酸氟代亚烷基酯。

发明背景

锂金属用作锂-离子电池中的阳极[1]。但是由于安全原因，此用途在一定程度上受到限制。实际上，可能形成锂树枝状体，这引起电池中的短路。为了解决此问题所作的努力致力于电解质的性质[2]。典型的是使用不可燃性电解质，例如磷酸三甲基酯(TMP)、磷酸三乙基酯(TEP)、磷酸三丁基酯(TBP)、亚磷酸三乙基酯(TEPi)。但是，这些电解质通常能与锂金属反应；并且必须与碳酸酯溶剂组合使用以避免出现任何不需要的化学反应。

其它研究致力于发现控制在金属锂和电解质之间的反应性的方法。报道了各种方法，其中涉及使用AlF₃。例如，Wang等人使用AlF₃作为骨架用于与熔融的锂金属进行化学反应，形成基于锂铝合金和氟化锂的新型复合材料(LAFN)[3]。AlF₃用于可充电式电池中以保护高电压阴极例如Li_1.2Ni_0.15Co_0.10Mn_0.55O₂[4]和LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂[5]的表面。Wang等人报道了使用被AlF₃涂布的LiV₃O₈阴极来改进电池的循环稳定性[6]。Tron等人报道了使用1-3重量％AlF₃涂布阴极能改进水性LiFePO₄电池的性能[7]。AlF₃用于保护阴极，例如Li₄Ti₅O₁₂阴极；特别是，Li等人报道了避免形成气体[8]。当加入氟化铵和硝酸铝的混合物时，石墨阳极被AlF₃保护[9]。

仍然需要控制在电池中在金属锂和电解质之间的反应性的方法。特别是，仍然需要保护在电池中的锂金属阳极的表面的方法。

此外，一般需要保护锂金属表面以避免与其它试剂之间反应性的方法。

发明概述

本发明人设计并制备了用于保护锂金属片的表面的材料。特别是，本发明人设计并实施一种处理锂金属阳极表面的方法，由此避免在电池中出现不需要的化学反应。锂金属阳极表面是使用根据本发明所述的材料进行处理的。

本发明的方法涉及使用保护材料，其包含金属氟化物例如三氟化铝(AlF₃)和碳酸氟代亚烷基酯例如碳酸氟代亚乙基酯(FEC)。此方法包括在锂金属阳极的表面上形成所述保护材料的涂层。

因此，本发明提供以下方面：

(1)一种用于保护锂金属片的材料，其包含金属氟化物和碳酸氟代亚烷基酯。

(2)根据(1)所述的材料，其中金属氟化物是选自AlF₃和ZnF₂。