[发明专利]界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途

说明书

本发明公开了一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途。所述界面保护膜包括：由聚合物纤维相互搭接形成的网络状结构，以及分散并粘结于网络状结构中的无机添加剂，无机添加剂能够传导锂离子。所述方法包括：1)按配方量将可纤维化聚合物粉体、无机添加剂和可选的纳米金属粉末混合，然后在剪切力的作用下使可纤维化聚合物粉体拉丝形成纤维，得到混合料；2)对所述混合料进行热压处理，至预设厚度，得到界面保护膜。本发明的界面保护膜应用于锂金属负极，一方面能够引导锂离子均匀传输，使得充放电过程中锂均匀沉积，避免沉积过程中形成不规则锂枝晶而引起安全性能下降；另一方面，能够减少金属锂负极与有机电解液之间的不可逆反应。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途，尤其涉及一种界面保护膜、其制备方法、负极和锂电池。

背景技术

随着消费电子产品、电动汽车的迅速发展，对电池的能量密度、安全可靠性及使用寿命的需求不断飙升。锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电位(-3.04V)，因此锂金属二次电池是下一代高能量密度储能器件的首选体系。

然而，锂金属负极容易与有机电解液发生不可逆反应，形成固体电解液界面膜(SEI膜)，造成容量损失。而且在锂离子沉积过程中容易形成不规则的锂枝晶，锂枝晶可能会脱落形成“死锂”，加剧副反应的发生。上述问题严重降低了电池的库伦效率，使得循环迅速衰减。锂枝晶的生长还会引起界面保护膜被刺穿的风险，导致电池内部短路、火，存在很大的安全隐患。

为了解决上述问题，现有技术常用的方法为液相法制备保护层：利用氯化铟、氮化铝、聚偏氟乙烯等粉末配成的溶液，涂覆在锂金属表面进行反应生成铟锂合金层、氮化锂、氟化锂保护层。例如CN108565398A公开的方法包括如下步骤：1)将锂离子导体无机化合物或可在锂负极表面原位生成锂离子导体的无机化合物粉末与粘结剂混合，加入分散剂调节粘稠度，室温下充分搅拌，形成均匀的浆液；2)在露点低于-50℃的环境下，将制得的浆液均匀涂覆在锂负极活性物质表面，并在真空环境下干燥使分散剂挥发，形成均匀致密的无机保护涂层。又如CN106159200A通过将自组装分子配成一定粘度的溶液，采用旋涂的方法在金属锂负极活性物质层表面形成一层后加热，然后用四氢呋喃碱性溶液浸泡处理，最后制备无机快离子导体层，达到保护金属锂极片、提升电池的电化学性能的目的。

但是，这种液相法制备的保护层不均匀，而且存在多种杂质，会增加整个电池的阻抗，而且保护层不均匀会导致锂离子不均匀沉积，容易生成锂枝晶，降低电池的循环性能及安全性。而且上述方法很难在工业上实现大规模应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种界面保护膜、其制备方法和在锂电池中的用途。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种界面保护膜，所述界面保护膜包括：由聚合物纤维相互搭接形成的网络状结构，以及分散并粘结于所述网络状结构中的无机添加剂，所述无机添加剂能够传导锂离子。

本发明的界面保护膜，聚合物纤维作为粘结剂构建网络状结构，有利于无机添加剂的均匀分散，该无机添加剂具有锂离子传导能力。将该界面保护膜应用于锂金属负极，一方面能够引导锂离子均匀传输，使得充放电过程中锂均匀沉积，避免沉积过程中形成不规则锂枝晶而引起安全性能下降；另一方面，能够减少金属锂负极与有机电解液之间的不可逆反应。本发明的界面保护膜应用于锂金属负极，能够提升电池的循环稳定性，提高库伦效率。

优选地，本发明的界面保护膜结构均匀、致密。这种结构有利于引导锂离子均匀传输，且致密结构能够有效阻挡锂枝晶，提高安全性能。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。