[发明专利]一种锂金属负极及其制备和应用

说明书

本专利提出一种带有氧化层的锂金属负极制备和应用。将挤压处理后的锂金属浸泡在有机酯类中，非原位水解和缩聚形成稳定的多孔氧化层，有效抑制电解液与锂金属持续反应与消耗，提高电池循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种带有氧化层的锂金属负极制备和应用。

背景技术

目前，包括客车、公共汽车和乘用车在内的电动汽车和便携式电子设备的世界市场正在迅速增长。具有高充放电压和长循环寿命的锂离子电池被广泛用作便携式电子设备和电动汽车的动力电源，但由于其理论能量密度的限制，需要开发具有更高能量密度的新型电极材料。其中，锂金属作为负极材料具有高理论能量密度(3860mAh g^-1)和低电化学电势(-3.040V vs.SHE)的优势，近年来受到研究者们的高度关注。

但是锂金属负极的应用目前仍存在两个问题亟待解决。一是锂枝晶问题。由于锂沉积的不均匀性，在充放电循环过程中形成苔藓/树枝状锂，容易刺穿隔膜导致电池内部短路甚至引发火灾。另一问题是电极/电解液界面的不稳定性。金属锂会与电解液自发反应形成固态电解质界面膜(SEI)，该层膜在充放电循环中随负极体积膨胀不断破损和修复，导致锂金属和电解质的持续消耗，降低锂金属电池的库仑效率和循环寿命。

目前，已有相关解决策略提出，可以通过设计3D骨架结构，采用固态电解质抑制枝晶的生长，但是仍存在一些问题亟待解决。3D骨架结构可以通过降低电流密度来减缓枝晶生长，但是不能隔绝锂金属与电解质直接接触从而抑制副反应的发生；而无机固态电解虽然具有高机械强度，但是界面阻抗大，与锂金属接触差；聚合物电解质虽然具有良好的柔性和弹性，但是室温离子电导率相对较低(约为10^-7S cm^-1)。非原位涂覆一层钝化膜膜用以提高界面均匀性和稳定性是一种有效抑制锂枝晶生长，提升锂负极循环稳定性和安全性能的重要策略。利用有机酯类非原位处理锂金属，在锂金属负极表面构筑一层多孔氧化层，能够有效改善锂沉积均匀性，阻隔电解液和锂金属间副反应，提高电池循环稳定性及库伦效率。已有文献报道可以在锂表面直接溅射氧化硅薄膜来抑制枝晶生长。但是，利用溅射处理的方法相对复杂，并且致密的氧化硅层会降低离子电导率，提高界面阻抗。因而需要进一步简化处理锂的方法，实现实用化，并进一步提高界面层的离子传输能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用效果好的锂金属负极。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有氧化层的锂金属负极，

该层氧化层是由有机酯类在挤压后的锂表面非原位水解和缩合形成。

所述有机酯类为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯、硅酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、锆酸四丁酯中的一种或二种以上；

上述带有氧化层的锂金属负极的制备方法，该方法采用如下步骤制备：

(1)利用垫有聚烯烃膜玻璃板挤压锂片，得到光亮的锂片PLi；

(2)将PLi浸泡在有机酯类中非原位反应10s-5min，取出PLi利用无纺布擦去锂表面的有机酯类液体，于手套箱中干燥2-60min，制得带有氧化层的锂金属负极。

所述的聚烯烃膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯/聚丙烯复合膜中的一种或两种以上，其厚度为10-200μm；

所述压力范围为0.15-0.5MPa，时间范围为10s-5min。

本发明的有益结果为：

本发明涉及带有氧化层的锂金属负极，利用有机酯类在挤压后的锂表面非原位水解和缩合形成。

(1)挤压预处理可以平整锂表面和暴露新鲜锂，有利于有机酯类在锂表面形成均匀的氧化层，并且平整的锂表面可以改善锂沉积均匀性。