[发明专利]锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池

说明书

本发明涉及锂金属电池技术领域，公开了一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池。所述锂金属负极至少包括一层复合保护层，所述复合保护层包括含有锂卤化物、有机锂盐和合金组分中的至少两种的组合物，且以所述组合物的总重量为基准，所述锂卤化物的含量为25‑55重量％，所述有机锂盐的含量为5‑30重量％，所述合金组分的含量为30‑60重量％。该锂金属电池具有更高的循环稳定性和循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，具体地，涉及一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池。

背景技术

随着新能源汽车的发展，开发能量密度高于300Wh/kg以上的动力电池成为提升汽车续航里程的主要途径。以金属锂为负极，是实现电池能量密度突破的关键。锂金属作为二次电池负极时，在充放电过程中发生反复的锂金属沉积溶解，但由于锂与电解质反应形成的固态电解质界面不稳定，容易形成锂枝晶，消耗电解液，从而限制了可充锂电池的寿命和安全性。各研究机构为了抑制枝晶生长，提高锂金属电池的安全性、利用率和循环寿命，针对界面问题提出了多种解决方案，如改变电解液的组成，从而改变固态电解质中间相的组分；在锂金属表面引入高机械强度的物理阻挡层；构建人工固态电解质中间相；改变集流体结构，增加锂沉积位点以降低局部电流密度等。

CN109004276A公开了一种锂负极保护膜、制备方法及锂金属二次电池，所述保护膜由锂盐、离子液体、无机物纳米颗粒和锂化处理的Nafion聚合物组成；但是，溶液制备过程涉及球磨等工序，Nafion锂化等工序，过程繁琐；且完全通过物理涂覆，无化学键作用，界面结合较弱。

CN106935800A公开了一种用于二次锂电池负极的保护层，方法局限于少数几种无机盐类，且无抑制枝晶数据支持其声称效果，且该无机盐层与锂金属界面无化学作用，仅靠物理吸附，同样存在结合锂弱的特点。

因此，研究和开发一种具有稳定的表面保护层的锂金属负极具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的锂金属负极中的枝晶生长问题，提供一种锂金属负极及其制备方法以及锂金属电池，该锂金属电池具有更高的循环稳定性和循环寿命。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种锂金属负极，其中，所述锂金属负极至少包括一层复合保护层，所述复合保护层包括含有锂卤化物、有机锂盐和合金组分中的至少两种的组合物，且以所述组合物的总重量为基准，所述锂卤化物的含量为25-55重量％，所述有机锂盐的含量为5-30重量％，所述合金组分的含量为30-60重量％。

本发明第二方面提供了一种前述所述的锂金属负极的制备方法，其中，所述的制备方法包括：

(1)将金属卤化物与有机溶剂接触进行混合，得到混合溶液；

(2)将所述混合溶液与锂金属接触进行原位反应，得到锂金属负极。

本发明第三方面提供了一种锂金属电池，其中，所述锂金属电池包括前述所述的锂金属负极。

通过上述技术方案，本发明的技术方案具有以下优点：

(1)本发明通过原位反应的方式得到了一种具有复合结构的锂金属负极，可同时传导锂离子且具有一定电子导电性，有效提升了锂离子在沉积过程中分布的均匀性，从而延缓了锂枝晶的形成。

(2)本发明中的金属卤化物和有机溶剂的配合使用，能够在锂金属表面形成特定组分的保护层，具有有机、无机及合金化的复合结构分布。

(3)本发明的锂金属电池具有更高的循环稳定性和循环寿命。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。