[发明专利]一种锂金属电池的人造二维固体电解质界面材料、负极前驱体材料、负极及其制备和应用

权利要求书

1.一种人造二维固体电解质界面材料，其特征在于：其化学式为W(S_xSe_1-x)₂，其中x的取值为0＜x＜1；

优选地，x为0.3～0.9；进一步优选为0.4～0.8；

优选为，为二维材料WS₂中原子掺杂Se的复合材料。

2.一种锂金属电池负极前驱体材料，其特征在于：包括负极集流体以及覆盖在集流体表面的权利要求1所述的人造二维固体电解质界面材料层。

3.如权利要求2所述的锂金属电池负极前驱体材料，其特征在于：所述的集流体包括平面集流体和三维集流体；

优选的，所述的平面集流体材料为钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜中的至少一种，最优选为铜箔或镍箔；

优选的，所述的三维集流体为碳基集流体和/或金属基集流体；

所述的碳基集流体为三维的碳纤维、碳纸、碳布、碳纳米管、硬碳、软碳、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯中的至少一种；

所述的金属基集流体为多孔金属；所述的金属为钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜中的至少一种；

优选地，所述的固体电解质界面材料层为包覆在集流体表面的致密材料层。

4.一种权利要求2或3所述的锂金属电池负极前驱体材料的制备方法，其特征在于：先在集流体上制备WS₂预制层，然后对WS₂预制层进行硒化退火，在集流体的表面形成W(S_xSe_1-x)₂材料层。

5.如权利要求4所述的锂金属电池负极前驱体材料的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射方法在集流体上形成WS₂预制层；

优选采用方案A-1或方案A-2：

方案A-1：以硫化钨为靶材，以集流体为基底，以保护气氛为工作气体，通过磁控溅射在集流体上制备一层WS₂预制层；

方案A-2：以金属钨为靶材，以集流体为基底，以包含硫化氢的气体为工作气体，通过磁控溅射在集流体上制备WS₂预制层；所述的包含硫化氢的气体中，硫化氢的体积百分数不小于0.01％；

优选地，方案A-1、方案A-2中；工作气体流量为1-500sccm，控制工作气压为0.05-7.5Pa、控制溅射功率密度为0.05-300W/cm²、控制基底温度为0-450℃、控制靶材到基底的距离为3-40cm、控制溅射时间为0.1-200min。

6.如权利要求4或5所述的锂金属电池负极前驱体材料的制备方法，其特征在于：硒化退火步骤为：将集流体上的WS₂预制层置于反应炉中，往炉中通入带有硒源的工作气体，在200-500℃下进行硒化处理5-600min；

优选地，带有硒源的工作气体为硒源气体和保护气体的混合气体；其中，硒源气体的体积百分数为0.1-99％；

所述硒源气体为在200-500℃下硒源气化的气体；

优选地，所述的硒源气体为硒化氢气体、二乙基硒或硒蒸汽中的至少一种；

所述带硒源气体的工作气体在反应炉内产生的压力为0.01-100000Pa。

7.如权利要求4或5所述的锂金属电池负极前驱体材料的制备方法，其特征在于：硒化退火步骤为：在WS₂预制层表面通过蒸发或溅射制备一层硒单质，然后惰性气氛下进行热处理；

优选地，热处理温度为200-500℃；热处理时间为5-600min。

8.一种锂金属电池负极，其特征在于：包括负极集流体，复合在集流体表面的锂金属层以及覆盖锂金属层的权利要求1所述的人造二维固体电解质界面材料层；

优选地，锂的负载量为5-100mAh/g。