[发明专利]锂片钝化方法及应用

说明书

本发明涉及锂片钝化方法及应用，其中，锂片钝化方法，包括以下步骤：在非质子反应溶剂中添加痕量水分混合并预热形成混合液；将去除表面杂质的锂片浸入所述混合液中反应；将所述反应后的锂片去除表面反应杂质后干燥。本发明的钝化方法，反应体系简单，利用一步反应法在金属锂片表面成膜，制备过程中无需后续复杂的反应杂质处理，实验操作过程简单易行，具有极高的规模化应用前景。

技术领域

本发明属于材料界面电化学技术领域，具体涉及一种锂片钝化方法及应用。

背景技术

随着3C便携电子产品、电动交通工具和储能系统栅格化的不断发展，人们对储能系统的能量密度的需求日益增长。相比已得到广泛商业化应用的锂离子电池，锂金属电池具有极高的容量密度，例如，锂硫电池、锂氧电池理论容量密度分别达到2567W h kg^-1和3505W h kg^-1，因而锂金属电池得到科学界和电池产业界的极高关注。锂金属具有极高的理论比容量(3860mA h kg^-1)、最低的密度(0.59g cm^-3)和最低的负电性(-3.04vs氢标准电位)而被认为是最理想的负极材料。然而，锂金属的商业化应用面临着锂枝晶生长和负极粉化问题。其中，锂枝晶的生长引起电池内短路，导致电池热失控甚至起火爆炸等安全问题；锂金属界面的不断变化，加剧了锂金属与电解液的副反应，导致负极粉化，造成负极不可逆容量损失。锂金属负极的界面工程是近年来新兴的锂负极改性技术，旨在通过钝化负极表面以阻止电解液对锂负极的不断损耗，同时提升锂离子在负极界面的输运过程，均匀化界面的锂离子流，从而达到抑制锂枝晶生长和负极粉化的目的。

充放电过程中电解液的氧化还原分解也会在锂负极表面形成一层固态电解质界面层(SEI)，主要包含无机锂盐和非晶态有机物。该SEI膜通常是结构无序和组分不均的，造成离子在锂金属界面各处输运性质的不同，引起锂的不均匀沉积，最终诱导锂枝晶的形成。针对锂负极的界面问题，科研人员提出了一些高效的策略来优化，比如，在电解液中添加一些成膜剂或整平剂来提升SEI膜的均匀性和致密性；优化电解液体系，开发新的溶剂及锂盐，提升SEI膜结构的一体性；构筑人工SEI膜，开发新颖的功能性薄膜，提升SEI膜的稳定性。在锂负极表面修饰一层人工SEI膜，由于其成膜性好、制备手段多样、条件可控以及可规模化制备的优点，引起了研究人员极大的兴趣。钝化锂金属负极的策略为锂金属负极的实用化应用带来了巨大的前景。然而，目前采取的锂负极钝化策略存在着一些问题，例如：特殊的实验条件(高温或真空环境)对实验设备要求较高，较高的材料制备成本，复杂而漫长的实验操作过程，难以将制备工艺进行规模化放大。因此，有必要开发一个简单易行的锂负极钝化技术以提高锂负极的稳定性，进一步地，其对于推动锂金属电池的产业化进程具有重大意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种锂片钝化方法，该方法反应体系简单，利用一步反应法在金属锂片表面成膜，制备过程中无需后续复杂的反应杂质处理，实验操作过程简单易行，具有极高的规模化应用前景。

本发明第二方面提出一种包含钝化膜的锂片负极。

本发明第三方面还提出一种锂金属电池。

根据本发明的第一方面，提供一种锂片钝化方法，包括以下步骤：在非质子反应溶剂中添加痕量水分混合并预热形成混合液；将去除表面杂质的锂片浸入所述混合液中反应；将所述反应后的锂片去除表面反应杂质后干燥。