[发明专利]一种锂金属负极电池结构及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极电池结构及其制备方法。包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的聚合物固态电解质层，所述聚合物固态电解质层包括聚合物固态电解质材料；所述负极结构包括锂金属活性材料，所述负极结构面向聚合物固态电解质层的一侧形成有负极修饰层。所述聚合物固态电解质层包括聚合物固态电解质材料，聚合物电解质材料离子电导率高，电化学稳定，且其具有高杨氏模量使其与电极的界面接触性好，减小界面阻抗；同时在负极结构之上形成负极修饰层，负极修饰层作为电解质薄膜层，使得电荷均匀的分布在负极修饰层之上，很好的限制锂枝晶的形成，增强锂电池结构的稳定性，提高锂电池的使用寿命。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极电池结构及其制备方法。

【背景技术】

锂电池由于具有较高的能量密度、良好的循环性、无记忆效应等特点受到人们的密切关注。

锂金属负极材料具有最高的比容量(～3862mAh/g)，被认为新一代高比能量锂电池的负极材料。然而在充放电循环过程中，锂金属基的锂电池会生成锂枝晶，造成电池短路，发生爆炸。聚合物离子电解质导体具有离子电导率高(≥0.1mS/cm)、电化学稳定(≥4.5V)等优势，是柔性锂电池固态电解质的首选，其高杨氏模量的优势使其与电极的界面接触性良好，且不存在晶界问题，但其剪切模量相对较低，存在锂枝晶穿刺短路的风险。因此，如何在不牺牲聚合物离子导体现有高性能参数的前提下，抑制锂枝晶的生长将是解决锂电池应用于高能量密度领域的关键问题。

【发明内容】

为克服目前锂金属基负极锂电池稳定性不高，能量密度仍需提高的技术问题，本发明提供一种电极界面稳定，电池性能良好的锂金属负极电池结构及其制备方法。

本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种锂金属负极电池结构，包括正极结构、负极结构和设置在两者之间的聚合物固态电解质层，所述正极结构包括M_xO_y型过渡金属氧化物活性材料；所述聚合物固态电解质层包括聚合物固态电解质材料；所述负极结构包括锂金属活性材料，所述负极结构面向聚合物固态电解质层的一侧形成有负极修饰层，所述负极修饰层包括具有离子传导性能的石榴石型和反钙钛矿型、Li₃PO₄等锂化合物。

优选地，所述负极修饰层包括石榴石型的Li_7+yLa₃Zr_2-x-yM_xA_yO₁₂(0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A＝Al、Ga、In、Sc、Y，M＝Ge、Zr、Hf等)、反钙钛矿型的Li₃OX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li₂OHX(X＝Cl、F、Br、I等)、Li₃PO₄等锂化合物。

优选地，负极修饰层包括至少一种所述锂化合物。

优选地，所述负极修饰层的厚度为10-200nm。

优选地，所述聚合物固态电解质层包括的聚合物固态电解质材料为有机聚合物电解质材料聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的任一种或非碳原子共价键形成的无机聚合物固态电解质材料Li₂B₁₂F_xH_12-x、反钙钛矿无机聚合物Li₃OX(X＝Cl、F、Br、I等)、N掺杂的S基无机聚合物(LiS_xN_y)、及Li₃Se(BH₄)、Li₃Se(AlH₄)、Li₃Se(BF₄)等无机聚合物中的任一种。