[实用新型]锂金属负极预制件、锂金属负极和锂金属二次电池

说明书

本实用新型涉及一种锂金属负极预制件、锂金属负极和锂金属二次电池。锂金属负极预制件具有由塑料基底层、固态电解质层和锂金属层依次层叠而成的一体结构。其制作过程简单易行，有效的改善锂金属负极与固态电解质的接触界面，防止锂枝晶的形成，显著改善了全固态电池的性能。

技术领域

本实用新型涉及锂金属电池技术领域，特别涉及一种锂金属负极的保护方法以及锂金属二次电池。

背景技术

随着环境污染的日益加剧以及化石燃料的日益枯竭，新能源领域越来越受到人们的关注。目前锂离子电池作为主要的储能器件由于其工作电压高、循环性能好、能量密度和功率密度高及环境友好不仅在便携式电子产品中应用广泛，在汽车行业也得到了广泛应用，随着高端电池产品的研发以及汽车续航里程的增加，目前批量使用的锂离子电池负极材料石墨已经达到了理论的极限值 (372mAh/g)，急需开发出新材料，而金属锂具有高的容量(理论3860mAh/g)，低的密度(0.59g/cm³)，低的电化学势(-3.040V vs.标准氢电极)，因此以金属锂作为负极的金属锂二次电池如锂硫电池、锂空气电池、锂嵌入化合物电池等具有能量密度高电压高等优点，也是目前高能量密度电池研究的热门方向。

而金属锂作为负极使用时存在以下问题(1)金属锂与电解液在界面处形成固态电解质层(SEI膜)随时间不断增厚，界面阻抗不断增加，库伦效率降低，电池容量衰减迅速；(2)SEI膜不稳定，在脱嵌锂的过程中不断断裂-脱落-再生成，消耗金属锂及电解液；(3)锂沉积-脱出过程电流密度分布不均，形成锂枝晶，造成安全隐患及“死锂”引起库伦效率降低。

针对金属锂负极的这些问题，常用的方法有在电解液中加入添加剂以形成致密稳定的SEI膜，或采用各种无机、有机和物理的方法来修饰金属锂负极以隔绝锂负极与电解液之间直接接触，如宁德时代新能源申请公布号为 CN107305950的实用新型专利中，在锂金属的表面涂覆具有离子液体的聚合物保护膜，由于液体的流动性，很容易造成涂覆的不均匀，以此为负极的锂金属二次电池在循环过程中导致电流密度不均，继而产生锂枝晶，造成电池性能的劣化。

固态电解质取代目前常用的有机电解液是一个发展趋势，而目前全固态电池的制作过程一般为正负极与全固态电解质通过一定压力复合在一起，由于固态电解质的强度较低，同时不具备流动性，因此与正负极的界面接触并不紧密，经过长时间的循环后存在衰减较快的情况，应用也受到了一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂金属负极的保护方法以及锂金属二次电池，其制作过程简单易行，有效的改善锂金属负极与固态电解质的接触界面，防止锂枝晶的形成，显著改善了全固态电池的性能。

本实用新型涉及一种受保护的金属锂负极以及基于此负极所组装的锂金属二次电池。在本实用新型中，通过将塑料基底层、固态电解质层和锂金属层依次层叠，形成具有一体结构的锂金属负极预制件，从而得到受保护的金属锂负极，其中金属锂负极被两层结构的保护层保护，分别是和锂金属直接接触的固态电解质层以及和固态电解质层接触的塑料基底保护层。塑料基底层为聚偏氟乙烯、聚乙烯等高分子聚合物，分解温度均在170℃以上，并且具有良好的延展性和抗拉强度，而传统的固态电解质的延展性以及抗拉强度都比较差，和正负极进行碾压贴合时，难以实现大压力和较高温度的复合，因此在正负极的界面接触较差，而塑料基底在实际应用中起到支撑保护固态电解质层的作用，可以承受较大的压力和较高的温度，并保证附着在基底上的固态电解质状态和结构的完整，同时，在干燥环境下加热时，塑料基底和固态电解质之间的粘结力下降，由此可通过加热去除掉塑料基底保护层，另外，固态电解质层对锂金属起到了表面保护以及缓冲的作用，同时，在加热去除塑料基底的过程中，固态电解质和锂金属负极在高温条件下(60-120℃)接触会更加紧密，并原位形成保护膜；然后和集流体通过热压的方法结合到一起形成具有固态电解质的锂金属负极，也可以和各类正极材料一起可组装成具有缓冲保护层的锂金属二次电池，有效的防止了锂枝晶的形成，改善了现有体系锂金属二次电池的性能。此法操作简单，有助于大规模生产。