[发明专利]金属锂的表面钝化组合物、钝化液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属锂的表面钝化组合物、钝化液及其制备方法。所述金属锂的表面钝化组合物包括质量比为(1～7):(1～7):(5～12)的成膜剂A、成膜剂B和成膜剂C；所述成膜剂A选自硝酸锂、磷酸锂、氨基化锂、四氟硼酸锂、二异丙基氨基锂和(三甲基硅烷)甲基化锂中的至少一种；所述成膜剂B选自硝酸、磷酸和氢氟酸中的至少一种；所述成膜剂C选自硅酮DC‑550、氟硅菊酯、六甲基二硅烷、环戊基三氯硅烷、甲氧基三甲基硅烷、六苯基二硅氧烷、(三甲基硅烷)甲基化锂、四(三甲基硅氧基)硅烷、乙氧基三苯基硅烷、1,1,3,3‑四甲基二硅氮烷、2‑三甲基硅乙炔基噻吩和2‑三甲基硅乙炔基吡啶中的至少一种。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种金属锂的表面钝化组合物、钝化液及其制备方法。

背景技术

锂，元素周期表的第一个金属元素，在所有的金属中，它最轻，密度低至0.534g/cm³，电位最低，达到-3.047V，克电容量3860mAh/g，是非常理想的电极材料。但是，锂作为锂电池的负极时容易产生锂枝晶。

锂枝晶的形成较为复杂，简要来说，就是发生在锂离子析出/沉积到锂金属上的过程。首先，锂离子从锂箔中析出的时候，容易使锂箔的结构发生变化，待充放电循环完成后，锂离子返回锂箔时是无规律的，很难原路返回，多个锂离子拥堵在锂箔的表面，排列成无规则的“锂离子队列”，即锂枝晶。锂枝晶的的长度虽然通常在纳米级别，但是杀伤力巨大，在较大面容量、较大电流密度下，锂箔作负极时不均匀沉积和溶解后会暴露出新鲜的高活性表面，和液态电解质的副反应再耦合在一起，导致了金属锂的粉化、循环性变差、液态电解质耗尽、内阻增大、胀气等问题，容易导致电池短路，乃至爆炸。

针对固态电池中金属锂负极的问题，目前已开展了大量的研究，包括在固态电解质膜中添加有利于防止金属锂枝晶形成的功能添加剂和高浓度盐设计等。

但是到目前为止，能够在传统面容量和电流密度下获得200次以上循环的还未见报道，即固态电解质体系下金属锂电池的锂枝晶问题依然没有得到很好的解决，固态电解质体系下金属锂电池的循环特性依然有待进一步的提升。

发明内容

本发明的一方面，提供一种具有更优的锂枝晶抑制作用，有效提高了金属锂负极的锂电池的循环性能和安全性能的金属锂的表面钝化组合物。

具体技术方案如下：

一种金属锂的表面钝化组合物，包括质量比为(1～7):(1～7):(5～12)的成膜剂A、成膜剂B和成膜剂C；

所述成膜剂A选自硝酸锂、磷酸锂、氨基化锂、四氟硼酸锂、二异丙基氨基锂和(三甲基硅烷)甲基化锂中的至少一种；

所述成膜剂B选自硝酸、磷酸和氢氟酸中的至少一种；

所述成膜剂C选自硅酮DC-550、氟硅菊酯、六甲基二硅烷、环戊基三氯硅烷、甲氧基三甲基硅烷、六苯基二硅氧烷、(三甲基硅烷)甲基化锂、四(三甲基硅氧基)硅烷、乙氧基三苯基硅烷、1,1,3,3-四甲基二硅氮烷、2-三甲基硅乙炔基噻吩和2-三甲基硅乙炔基吡啶中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述成膜剂A为硝酸锂，所述成膜剂B为氢氟酸，所述成膜剂C为1,1,3,3-四甲基二硅氮烷；或，所述成膜剂A为(三甲基硅烷)甲基化锂，所述成膜剂B为磷酸，所述成膜剂C为2-三甲基硅乙炔基噻吩。

本发明的又一方面，提供一种金属锂的表面钝化液，包括如上所述的金属锂的表面钝化组合物以及溶剂。

在其中一个实施例中，所述溶剂选自四乙二醇二甲醚、乙基丙基硫醚、乌药醚内酯、二乙二醇二甲醚、丙烯基苯基醚、甲基乙基硫醚、苄基苯基硫醚、双(4-溴苯基)醚和2-乙基己基乙烯基醚中的至少一种。