[发明专利]一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法

说明书

一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，属于固态锂金属电池制备领域。本发明采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层策略，先通过在锂金属表面滴加含第一路易斯酸的溶液，原位生长一层含LiCl或LiBr或LiI的A‑SEI膜作为第一保护层，抑制锂金属与原位固态电解质的副反应；再在原位固态电解质固化液中添加第二路易斯酸，持续提供构筑高锂离子扩散的含锂合金和高模量界面层富LiF的原料，对双界面层缺陷进行自修复，构筑第二保护层。本发明解决了原位固态锂金属电池界面极不稳定的问题，制得了兼容的高性能原位固态电解质，获得高能量密度、高库伦效率和超长的循环寿命的锂金属电池。

技术领域

本发明属于固态锂金属电池制备领域，具体涉及一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层。

背景技术

随着化石能源逐渐面临枯竭和温室效应等环境问题日益严重，发展高效环保的新能源显得尤为重要。新能源的储存需求促使储能体系的发展，其中锂二次电池储能系统凭借其优异的循环性能而受到广泛的研究和应用。传统的液态电解液锂电池因其存在严重的安全问题而受到应用限制，固态电解质很好地解决了传统电解液的泄露和易燃烧问题。因此发展高能量密度、超长循环性能的固态电解质电池将成为锂二次电池的未来重点发展方向，进一步探索出高容量、轻重量或小体积、稳定的固态电池体系显得尤为关键。

固态电池体系主要包括正极、固态电解质和负极，高理论比容量的正极材料适配高理论比容量的负极材料将使得电池体系(如锂硫电池，锂空电池)具有更高的能量密度，其中锂金属凭借其高的理论比容量、超低的电化学电位和低的密度成为极佳的负极材料。其中固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物电解质。无机固态电解质尽管其离子电导率高、循环能力强，但因脆性大、不易大规模生产、同时与电极界面相容性差等问题制约了其大规模的产业化。聚合物电解质分为原位聚合物电解质和非原位固态聚合电解质，由于原位聚合物电解质和电极具有更优的界面相容性，同时其更简单的制备工艺、环境友好的生产流程使得原位固态聚合物电解质具有更好的商业化应用前景。

原位固态聚合物电解质应用于锂金属电池具有高的能量密度，是新一代锂电的重点技术。然而，锂金属活泼的性质以及原位固态聚合物电解质的不稳定性，会导致锂金属与电解质界面不稳定的问题。原生的固态电解质界面层(SEI)疏松不致密，粘性低，使得SEI膜容易脱落，失去活性形成死锂；同时新暴露出的锂金属持续与原位固态电解质反应，造成固态锂金属电池体系界面阻抗不断增大，锂枝晶生长问题突出，库伦效率低，循环寿命短。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术提到的现有原位固态聚合物锂金属电池存在固态电解质性能不佳、电极与电解质界面稳定性差的问题，提出了一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法。本发明采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层策略，先通过在锂金属表面滴加含第一路易斯酸的溶液，原位生长一层固态电解质界面(A-SEI)作为第一保护层，再在原位固态电解质固化液中添加第二路易斯酸在锂金属表面形成第二保护层，同时路易斯酸无机添加剂兼具促进锂盐解离和提供锂金属表面SEI膜自修复的效果，有效提高了原位固态锂金属电池的循环寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、对锂金属负极表面进行预处理，原位生长一层A-SEI膜；

1.1将第一路易斯酸加入二甲亚砜中，搅拌2h混合均匀，得到混合液A；其中，第一路易斯酸在二甲亚砜中的含量为0.1～0.5wt.％；

1.2将步骤1.1得到的混合液A滴加至锂金属负极表面，每1cm²锂金属负极上滴加20～50μL的混合液A，倾斜锂金属负极使其被混合液A完全覆盖，保持5～10s；