[发明专利]一种气液混合处理锂金属表面的方法及锂金属电池

说明书

本发明属于锂金属电池领域，公开了一种气液混合处理锂金属表面的方法及锂金属电池。首先利用混合气体与锂金属表面发生反应，再将锂金属浸泡在氟代溶剂中，从而在锂金属表面构筑均匀致密的氟化锂和硫酸锂包覆层。第一步用混合气体处理，使锂金属表面形成硫酸锂以及少量的氟化锂晶粒。第二步通过氟代溶剂浸泡使锂金属表面内层形成较多的氟化锂。内层的氟化锂和中间层的氟化锂相导通，大大提高了锂金属界面的导电性，且氟化锂具有很强的可塑性，能很好低适应锂金属的表面形变。而外层较多的硫酸锂则抑制了锂金属与空气中的水和氧发生反应，降低其对存储和使用环境的要求。使用该工艺处理的锂金属组装成的锂金属电池，容量保持率和循环性能显著提高。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂金属电池锂金属表面改性工艺及锂金属电池。

背景技术

锂金属是一种银白色的质软金属，也是密度最小的金属。锂金属的对氢电位极低，在锂电池中是一种理想的负极材料，有望在未来的锂金属电池中大量应用。然而，锂金属存放在空气中会与空气中的水、氧气和氮气等缓慢反应，被腐蚀后会失去其表面性能。一般将锂金属存放于手套箱中，这使得锂金属的储存极为不便。

现有的单气体处理锂金属表面的方法过于单一，或反应过于剧烈，生成的表面保护膜性能尚有缺陷，难以保证塑性、导电性和稳定性共存的要求。如使用二氧化碳处理锂金属表面的方法，生成的碳酸锂的稳定性不佳；单独使用氟化氢处理锂金属表面，发生的反应过于剧烈而难以控制。因此，提供一种改性锂金属表面的方法，使锂金属表面能够生成一层稳定性较佳、导电性良好且易于控制的保护膜，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气液混合处理锂金属表面的方法及锂金属电池，使锂金属表面生成一种含有硫酸锂以及氟化锂的复合结构保护膜，能够避免锂金属与空气的直接接触，且不影响其导电性，这为锂金属的存储带来了极大的便利，同时又提高了其性能，而且该方法工艺简单、易于操作、重复性好，易于实现大规模工业生产。

本发明提供一种锂金属表面改性工艺及锂金属电池。

第一方面，本发明在同一发明构思下提供了三种锂金属表面改性工艺，采用如下的技术方案。

一种气液混合处理锂金属表面的方法，所述方法包括如下步骤：

S1、先将锂金属放入密闭容器中，然后将密闭容器抽真空后通入一定压力的保护气体、氟化氢、二氧化硫和氧气的第一混合气体；

S2、将密闭容器内的锂金属和保护气体、氟化氢、二氧化硫和氧气的第一混合气体在一定温度下反应一段时间后排空混合气体，得初级表面改性锂金属；

S3、再将初级改性锂金属浸泡在氟代溶剂中，反应一段时间后取出，即得最终表面改性锂金属。

一种气液混合处理锂金属表面的方法，所述方法包括如下步骤：

A1、在干燥的保护气体气氛中，将锂金属浸渍在氟代溶剂中，或者将氟代溶剂涂抹在锂金属负极的表面，并在一定温度下反应一段时间，得到氟化后的锂金属；

A2、将步骤A1中得到的氟化后的锂金属放入密闭容器中，然后将密闭容器抽真空后通入一定压力的保护气体、二氧化硫和氧气的第二混合气体，在一定温度下反应一段时间后排空混合气体，得初级表面改性锂金属；

A3、再将步骤A2中得到的初级改性锂金属浸泡在氟代溶剂中，反应一段时间后取出，即得最终表面改性锂金属。

通过采用上述技术方案，步骤S3和A3使用溶液浸泡，这使得氟化锂的生成较为温和且易于控制。此外，使用溶液浸泡还可以改善锂金属表面的界面张力，提高锂金属的浸润性，后续使锂金属在电池中更好地与电解液润湿接触，从而提高电池性能。

一种气液混合处理锂金属表面的方法，所述方法包括如下步骤：