[发明专利]锂金属电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂金属电池及其制备方法。所述锂金属电池包括锂金属电池负极、锂金属电池正极和电解质；所述锂金属电池负极经过聚氨酯/氟化锂复合人工保护膜改性处理制备而成。本发明采用简单的溶液浇铸法将聚氨酯/氟化锂基人工保护膜均匀地涂在锂金属电池负极上。通过聚氨酯/氟化锂复合人工保护膜的改性处理，锂金属电池负极的电化学性能显著提高，从而构建出高稳定性锂金属电池。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，尤其涉及一种锂金属电池及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备的飞速发展，对高能锂电池的需求越来越迫切。当前，大多数商用锂电池都是石墨基负极，现几乎达到其理论容量，逐渐无法满足动力电池的需求。然而，由于锂金属的理论容量极高，因此被认为是下一代锂负极的最有希望的候选材料。尽管如此，锂负极的实际使用仍存在一些局限性，主要体现在锂枝晶的产生。如何抑制锂枝晶是锂金属电池实际应用的最大障碍之一。

对于液态锂金属电池负极保护的手段通常有1)对锂电极进行改造；2)开发新型电解液；3)构造人工保护层等方法。在这些方法之中，构造人工保护层是最为有效的办法之一。

申请号为CN201610681591.2的发明专利公开了一种锂金属电池、保护锂金属负极的方法和保护层。所述锂金属电池包括：锂金属负极；设置于所述锂金属负极上的保护层，所述保护层包括：聚合物、以及选自包含第1族或第2族元素的金属盐和含氮添加剂的至少一种；正极；以及设置于所述保护层和所述正极之间的液体电解质，所述液体电解质包括有机溶剂，其中所述选自包含第1族或第2族元素的金属盐和含氮添加剂的至少一种在所述液体电解质的有机溶剂中是不溶性的。但是该保护层存在膜结构在长循环下不稳定的不足。

申请号为CN201810813168.2的发明专利公开了一种锂金属电池用电极片及其制备方法以及一种锂金属电池。该锂金属电池用负极极片由金属锂片以及海绵压制而成；引入海绵弹性界面层代替隔膜来发挥电子阻隔作用，这种弹性界面材料的引入可以在电池循环中缓解体积变化以及电池内部的界面不稳定性，同时海绵的弹性三维骨架结构有利于抑制锂金属电池循环过程中的枝晶生长；也有利于缓解负极的体积变化。但是该海绵弹性界面层存在离子导电性能不佳的缺陷。

聚氨酯(PU)是一种环境友好且廉价的嵌段共聚物，因此近年来引起了极大的关注。它的结构包含一个两相域：一个刚性段和一个软段。刚性链段保证了PU的空间稳定性，而软链段在溶解碱金属盐后提供了良好的离子传导性。基于特殊的微观结构，PU具有良好的机械强度，出色的热稳定性，良好的电化学性能和易于成膜的能力，已被用作锂离子电池的隔膜，粘合剂和固体电解质。因此，可以将其应用于制备高性能锂金属电池的人工保护层原料。

有鉴于此，有必要提供一种高效提升锂金属电池电化学性能指标的锂金属电池的制备方法，用于促进锂金属电池在生产生活种的进一步应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂金属电池及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂金属电池，其包括锂金属电池负极、锂金属电池正极和电解质；所述锂金属电池负极经过聚氨酯/氟化锂复合人工保护膜改性处理制备而成；

所述聚氨酯/氟化锂复合人工保护膜通过氟化锂上的Li⁺阳离子与聚氨酯分子链上的NH基团和C＝O基团发生相互作用，而形成致密均匀且导电的复合膜结构；所述氟化锂和所述聚氨酯的质量比例为1：(35～45)；

所述聚氨酯/氟化锂复合人工保护膜的厚度为20～30μm；断裂强度为0.5GPa～0.6GPa；极限延伸率达到289％；离子导电性为6.4×10^-4s·cm^-1～8.9×10^-4s·cm^-1。