[发明专利]一种高稳定长寿命金属锂负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种高稳定长寿命金属锂负极材料及其制备方法，更具体地，涉及一种利用低温镓基液态金属钝化金属锂表面，降低其反应活性，稳定金属锂负极的方法；所述高稳定长寿命金属锂负极材料为锂基合金钝化层优化的金属锂；所述方法包括如下步骤：在金属锂表面涂覆一层低温镓基液态金属，然后在惰性气氛下进行合金化反应，即得。本发明利用熔点低、流动性好、导电性好、亲锂、无毒的低温镓基液态金属涂覆高反应活性的金属锂表面，并在其表面形成亲锂性好、耐腐蚀、高离子扩散系数的锂基合金钝化层，降低了锂的成核势垒，加速了电极界面的电化学动力学，提高了金属锂的循环稳定性和寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高稳定长寿命金属锂负极材料及其制备方法，更具体地，涉及一种利用低温镓基液态金属钝化金属锂表面，降低其反应活性，稳定金属锂负极的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

电动汽车和电网的迅速发展对电池系统提出了更高的要求。传统的电极材料需要进行革新。金属锂具有理论比容量高(3860mAh/g)、标准电极电势低(-3.040V)、轻质(0.534g/cm³)、导电性好等优势，是构建下一代高能量密度锂离子电池的理想候选负极材料。但是，电解液的腐蚀、不均匀的锂沉积、大的体积膨胀效应和不稳定的固态电解质界面(SEI)会造成金属锂负极在工作过程中的不稳定性，进而导致其循环寿命降低。

金属锂的高反应活性是造成金属锂负极不稳定性的主要原因之一。在金属锂电池中，金属锂一直处于液态电解液中。从热力学上讲，金属锂与所有的有机溶剂不能稳定共存。由于金属锂的高反应活性，液态电解液对金属锂的腐蚀是不可避免的。这种腐蚀不仅会导致电解液和活性锂的不断消耗，也会导致不稳定界面和锂枝晶的加剧生长，这大大降低了金属锂电池的稳定性和循环寿命。

钝化金属锂的高反应活性界面是一种制备高稳定长寿命金属锂负极材料的重要方法。目前钝化金属锂表面的方法有设计人工SEI、为金属锂设计宿主材料、改善电解液组分、覆盖保护膜等。但是，发明人发现：这些方法往往具有复杂、污染大等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用低温镓基液态金属钝化金属锂表面，制备高稳定长寿命金属锂负极材料的方法。开发了一种绿色环保、简单易操作的钝化金属锂的方法，制备出了高稳定长寿命金属锂负极材料，将其应用于高能量密度、高安全的金属锂电池，对新能源行业的发展，具有重要推动作用，意义重大。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种高稳定长寿命金属锂负极材料，包括：

金属锂；

负载在金属锂表面的锂基合金钝化层。

本发明方法的特点之一是：利用熔点低、流动性好、导电性好、亲锂、无毒的低温镓基液态金属涂覆高反应活性的金属锂表面，并在其表面形成亲锂性好、耐腐蚀、高离子扩散系数的锂基合金钝化层，降低了锂的成核势垒，加速了电极界面的电化学动力学，提高了金属锂的循环稳定性和寿命。

本发明的第二个方面，提供了一种高稳定长寿命金属锂负极材料的制备方法，包括：

在金属锂表面涂覆一层镓基液态金属；

将镓基液态金属涂覆的锂片进行合金化反应，形成锂基合金钝化层。

本发明采用简单的液态金属涂覆，操作简单，非常有利于规模化的应用。本发明采用绿色环保的低温镓基液态金属为涂覆剂，避免了环境污染问题。

本发明的第三个方面，提供了任一上述的金属锂负极材料在锂电池、电动汽车以及电网制造中的应用。