[发明专利]锂金属电池

说明书

本发明涉及电池材料领域，特别是涉及一种锂金属电池。本发明提供一种锂金属电池，包括锂金属负极和位于所述锂金属负极上的保护层，所述保护层包括聚合物Y、聚合物Z和聚合物W，所述聚合物Y选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯中的一种或几种，所述聚合物Z选自聚四氟乙烯或式I化合物中的一种或几种，所述聚合物W选自式II和/或式III化合物中的一种或几种。本发明所提供的锂金属电池，可以通过两种或多种聚合物之间的链缠结作用形成互穿网络结构，从而在锂负极表面形成聚合物保护层，所形成的保护层可实现大电流充放电时锂均匀沉积与溶出，同时抑制锂负极与电解液的过度副反应。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，特别是涉及一种锂金属电池。

背景技术

目前，二次电池已广泛应用于手机、笔记本、无人机消费类电子产品和作为车用动力源。基于石墨负极结构的商业化锂离子电池的能量密度上限为270Wh/kg左右，很难通过对石墨进行处理而高幅度提升锂离子电池的能量密度。而金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，电极电位低至-3.04V(vs.H₂/H⁺)，有助于电池体系能量密度达到500Wh/kg，因此发展以金属锂作为负极的锂二次电池再次引起科研工作者的关注。

然而，限制锂二次电池进一步发展及应用的原因主要是在循环过程中锂沉积/溶出的不均匀，容易生成锂枝晶，导致电池短路，引起安全性问题；且锂枝晶的存在大大降低了电池的循环性能。

因此如何有效的改善锂金属表面性质、提升锂沉积/溶出的均匀性、抑制锂枝晶的生成是进一步发展锂金属电池需要解决的重点问题。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂金属电池用负极，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锂金属电池，包括正极、负极、电解质，所述负极包括锂金属和位于所述锂金属表面至少一部分的保护层，所述保护层包括聚合物X和聚合物Y；所述聚合物X包括聚合物Z和聚合物W，所述聚合物Z选自聚四氟乙烯、式I化合物中的一种或几种，所述聚合物W选自式II、式III化合物中的一种或几种；所述聚合物Y选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或几种；

其中，0m≤2500，0n≤5000，0n’≤5000，1:25≤2m:n≤25:1，1:25≤2m:n’≤25:1；

R¹选自H，有支链或无支链的、饱和或不饱和的、取代或非取代的C1-C20脂肪族基团，饱和或不饱和的、取代或非取代的C3-C9环烷基，(C＝O)OR⁴，-SO₃R⁴，-PO₃R⁴，所述环烷基可选地至少含有一个选自S、N、P或O的杂原子作为环成员；R⁴选自H，有支链或无支链的、饱和或不饱和的、取代或非取代的C1-C20脂肪族基团，饱和或不饱和的、取代或非取代的C3-C9环烷基，所述环烷基可选地至少含有一个选自S、N、P或O的杂原子作为环成员；R¹和R⁴中，所述脂肪族基团和环烷基基团的取代基各自独立地选自C1-C6烷基、直链或支链的C1-C6烷氧基、F、Cl、I、Br、CF₃、CH₂F、CHF₂、CN、OH、SH、NH₂、oxo、(C＝O)R’、SR’、SOR’、SO₂R’、NHR’、NR’R”、SiRR’R”、SiOR’R”、(R’O)₂(P＝O)、(R’O)₂(P＝S)、(R’S)₂(P＝O)’、BR’R”，此处，各取代基的R、R’和R”各自独立地选自直链或支链的C_1-6烷基；

R²选自H，或甲基；