[发明专利]一种用于锂金属负极保护的预锂化方法

说明书

本发明属于锂电池领域，公开了一种用于锂金属负极保护的预锂化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在集流体表面涂覆形成有机聚合物薄膜；(2)涂覆有有机聚合物薄膜的集流体与锂片、隔膜、电解液一起组装成电池进行放电处理，将金属锂沉积在集流体表面；(3)将表面沉积有金属锂的集流体取出，即得到表面具有保护膜的、且能够用于锂金属电池的负极材料。利用本发明的预锂化方法制备的金属锂负极，一方面能够抑制锂枝晶的产生，另一方面原位形成的保护膜又能阻止金属锂与电解液发生反应产生死锂，可有效解决常规金属锂负极在循环过程中的不均匀沉积产生的锂枝晶现象、以及金属锂负极与电解液反应产生的死锂从而降低循环性能的现象。

技术领域

本发明属于锂电池领域，更具体地，涉及一种用于锂金属负极保护的预锂化方法。

背景技术

随着化石能源的不断枯竭以及其带来的环境污染问题，新能源的利用在现代社会占据了越来越大的比例。这其中，锂电无疑是21世纪以来最受人瞩目的新能源技术。虽然，锂离子电池的应用已经在我们的生活中随处可见，但锂离子电池较低的容量密度限制了其进一步发展，因此人们将目光转向具有更高容量密度的电极材料，以满足制造高比能量的先进能源存储设备的需求。金属锂无疑是这其中最耀眼的一颗珍珠，金属锂具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的还原电位(-3.04V对比标准氢电极)，非常适合用于高比能量二次电池的负极材料。

但是，金属锂因为其活泼的化学性质，在使用过程中存在着以下问题：(1)金属锂在充放电过程中会在集流体上发生不均匀沉积，从而产生锂枝晶现象，锂枝晶的不断生长最终可能会刺穿电池隔膜，造成短路现象，甚至引发电池爆炸失火；(2)金属锂在充放电过程中会和电解液发生反应，一方面使电解液不断消耗，另一方面产生不可逆的锂沉积造成粉化和死锂，从而使循环寿命大大降低。

因此，为了真正实现金属锂电池的真正大规模生产，开发出一种既能使锂均匀沉积从而抑制锂枝晶的产生，又能阻止锂和电解液反应的金属锂负极显得愈发重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于锂金属负极保护的预锂化方法，通过将涂覆具有良好锂离子传输性的有机聚合物材料的集流体和金属锂组装成电池，并通过放电将金属锂沉积到集流体一侧，再将沉积了金属锂的集流体取出用于金属锂电池的组装。利用本发明的预锂化方法制备的金属锂负极，一方面，有机聚合物能够引导锂离子在充放电过程中均匀沉积，从而抑制锂枝晶的产生，另一方面有机聚合物中的少量活性非金属原子会在放电过程中与金属锂发生反应生成无机锂化物，原位形成保护膜，阻止金属锂与电解液发生反应产生死锂，减少锂的消耗，从而提高金属锂的循环性能和容量保持率，有效解决常规金属锂负极在循环过程中的不均匀沉积产生的锂枝晶现象、以及金属锂负极与电解液反应产生的死锂从而降低循环性能的现象。利用本发明制备的金属锂负极可以用于下一代金属锂电池，包括锂-硫、锂-空气电池的生产。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于锂金属负极保护的预锂化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在集流体表面涂覆形成有机聚合物薄膜；

(2)涂覆有有机聚合物薄膜的集流体与锂片、隔膜、电解液一起组装成电池进行放电处理，将金属锂沉积在集流体表面；

(3)将所述步骤(2)得到的表面沉积有金属锂的集流体取出，即得到表面具有保护膜的、且能够用于锂金属电池的负极材料。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，所述有机聚合物薄膜所采用的有机聚合物为碳化聚丙烯腈，氧化聚丙烯腈，硫化聚丙烯腈，硒化聚丙烯腈，碲化聚丙烯腈，硒掺杂的硫化聚丙烯腈，碲掺杂的硫化聚丙烯腈，硒碲掺杂的硫化聚丙烯腈，硫化聚氧化乙烯，硫化聚甲基丙烯酸甲酯，硫化聚二甲基硅氧烷，硫化聚氨酯，硫化聚酰胺中的一种或几种；优选为碳化聚丙烯腈，氧化聚丙烯腈，硫化聚丙烯腈；

所述集流体所采用的材料具体为铜箔、金箔、银箔中的一种或几种；优选为铜箔。