[发明专利]一种氟代碳酸乙烯酯处理金属锂的方法及其在固态电池中的应用

说明书

本发明涉及氟代碳酸乙烯酯处理金属锂表面的方法及其在固态电池中的应用，属于锂电池负极材料的制备技术领域，所述方法为将锂负极浸没在氟代碳酸乙烯酯中，随后取出并烘干处理挥发掉表面的残留液体即得。本发明的方法简单易操作、易于调控，且对解决现有固态电池中存在的金属锂/固态电解质界面相容性差以及锂枝晶生长的问题有明显效果，适用于大规模商业化生产。

技术领域

本发明属于锂负极材料的制备领域，尤其涉及一种氟代碳酸乙烯酯处理金属锂的方法及其在固态电池中的应用。

背景技术

近年来，随着电动汽车及高端便携式电子设备的飞速发展，对高能量密度电池的需求越来越迫切。金属锂高达3860mAhg^-1的超高比容量及最低的电化学电势(相对标准氢电极为-3.04V)使其成为高能量密度锂电池的终极负极。此外，现阶段以锂硫电池及锂空气电池为代表的锂金属电池被认为是最有前途的下一代能源存储系统。然而，金属锂在循环过程中会产生锂枝晶，因此降低了金属锂电极的循环库伦效率及寿命。更严重地，枝晶的不断生长可能进一步引发安全问题(如起火，爆炸等)，这些因素都大大地限制了金属锂负极的商业化应用，近年来固态离子导体材料的快速发展加快了金属锂负极大规模应用的进程，但是，由于大部分的无机固态电解质对金属锂是化学或电化学不相容的，这会大大恶化锂负极/固态电解质的界面性能，因此，无枝晶产生及与电解质无不良界面反应的稳定金属锂负极对锂金属固态电池的长期循环稳定性起着关键性作用。

为提高金属锂负极/固态电解质的界面相容性、抑制锂枝晶的产生，科学家们提出了多种解决方案。Jadhav研究团队使用RF-溅射方法在Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO)₄(LAGP)表面引入LIPON无定型薄膜以隔绝金属锂与LAGP接触，从而减轻界面间的不良反应，组装成的Li-O₂电池在1000mA h g^-1的限定容量下具有良好的循环稳定性(Journal of Power Sources2017,340,294-301)。Hu研究团队使用原子层沉积法在金属锂表面修饰一层Al₂O₃，随后转变为Li-Al-O离子导体层，经过修饰的金属锂在随后的电池循环过程中保持着良好的界面稳定性和优异的电化学性能(Nature Materials,2017,16,572–579)。这些方法提供了许多提高锂负极/固态电解质界面稳定性能的方法，但复杂薄膜制备系统的使用及较高的成本限制了其实际应用，有些甚至需要在高温下进行处理，这很可能产生不良反应对界面的Li⁺传输特性造成不利影响。此外，通过此种方法制备的保护层成分和结构单一，不能完全满足固态电池中对保护层提出的高离子电导率、低电导率、力学性能好等要求。Xu团队通过涂覆法在锂负极和固态电解质界面引入PEO基复合固态电解质，虽然提高了界面相容性，但复合固态电解质室温下较低的锂离子电导率限制了固态电池倍率性能的提升(J.Mater.Chem.A，2017，5,16984)。

综上，现有的提高锂负极/固态电解质界面稳定性能的方法仍然存在工艺复杂、成本高、性能不理想等问题，因此，需要一种简单易行的方法对金属锂负极进行保护处理，从而获得与固态电解质无不良界面反应且能抑制锂枝晶产生的稳定锂负极，以进一步提高锂金属固态电池的长期循环稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供氟代碳酸乙烯酯处理金属锂的方法及其在固态电池中的应用，本发明的方法简单易操作、易于调控，且对解决现有固态电池中存在的金属锂/固态电解质界面相容性差以及锂枝晶生长的问题有明显效果，适用于大规模商业化生产。

本发明的目的之一是提供一种氟代碳酸乙烯酯处理金属锂的方法。

本发明的目的之二是提供上述氟代碳酸乙烯酯处理金属锂的方法以及所得的金属锂负极在固态电池中的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：