[发明专利]一种基于硅酸盐涂层保护全固态锂负极的方法在审

专利信息
申请号: 202011116142.6 申请日: 2020-10-19
公开(公告)号: CN112436141A 公开(公告)日: 2021-03-02
发明(设计)人: 武建飞;王诚;孙晓林 申请(专利权)人: 中国科学院青岛生物能源与过程研究所
主分类号: H01M4/62 分类号: H01M4/62;H01M4/1395;H01M10/052
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 266101 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 硅酸盐 涂层 保护 固态 负极 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于硅酸盐涂层保护全固态锂负极的方法,属于全固态锂金属电池技术领域。该前驱体溶液含有硅烷偶联剂、离子液体和溶剂,室温条件下,将锂金属浸渍在前驱体溶液中,探究硅烷、离子液体和时间对在锂负极表面形成硅酸盐涂层的影响。本发明提供的人工保护层是由硅烷上的硅烷氧基和锂金属表面羟基发生化学作用,形成均匀致密的硅酸盐导离子层。LixSiOy无机成分抑制锂枝晶,有机基团增强电极/电解质界面相容性,提高涂层粘附力。LixSiOy能作Li+导体,促进Li+传输,所述的离子液体能够用来加快锂离子传输,减少锂金属表面局部电流密度不均匀的程度。所述的溶剂选择醚类电解液,可以很好的混溶,从而起到溶剂化的作用。该改性的锂金属负极提供锂均匀的成核位点,增强粘附力,提高电极/硫化物固态电解质界面相容性,提高锂金属的稳定性,表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及全固态锂金属电池领域,具体涉及一种基于硅酸盐涂层保护全固态锂负极的方法。

背景技术

锂金属负极拥有高的理论比容量(3860mAh/g)和较低的电极电势(-3.04 V)vs 标准氢电极),成为全固态锂金属电池中最有前景的负极材料。而且,具有阻燃性能的无机固态电解质理论上能解决热失控带来的安全问题。近年来,各种各样的固态电解质得到了飞快的发展,比如,氧化物、硫化物、卤化物等。其中硫化物固态电解质由于具有优异的机械性能、极高的离子电导率(可达到10-2 S cm-1),已经成为全固态锂金属电池最有前景的候选者之一。与传统液态锂离子电池相似,在全固态电池中,锂枝晶问题仍然存在,可能造成电池循环性能差甚至短路。其次,对于锂金属与硫化物电解质之间的界面问题已成为硫化物基全固态锂金属电池的应用的主要障碍。因此,在锂负极表面构建稳定的、均匀的界面保护层成为抑制锂枝晶增长,增强界面相容性的重要手段,从而真正实现锂金属负极的商业化应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种有机-无机混合硅酸盐涂层稳定锂金属负极并应用于全固态电池,从而克服了现有技术的不足。

为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:一种基于硅酸盐涂层保护全固态锂负极的方法,该前驱体溶液含有硅烷偶联剂、离子液体和溶剂,将锂金属负极室温条件下浸渍在前驱体溶液中,探究硅烷、离子液体和时间对在锂负极表面形成硅酸盐涂层的影响。

所述的硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPS)、正硅酸乙酯(TEOS)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的一种或几种的组合。

优选地,所述硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPS)、正硅酸乙酯(TEOS)。

所述的离子液体为 1-丁基-3甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺锂(BMIMLITFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺锂(EMIMLITFSI)、1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸锂(BMIMLiPF6)、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸锂(EMIMLiPF6)的一种和几种的组合。

优选地,所述离子液体为1-丁基-3甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺锂(BMIMLITFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺锂(EMIMLITFSI)。

所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮,N,N-二甲基甲酰胺,二甲基亚砜,四氢呋喃,γ-丁内酯,碳酸丙烯酯,1,3-二氧戊烷中,乙二醇二甲醚的一种或两种以上组合。

优选地,所述硅烷偶联剂的质量分数为2wt%-70wt%,更为优选地,10wt%-50wt%。

优选地,所述离子液体的质量分数为2wt%-70wt%,更为优选地,10wt%-50wt%。

优选地,所述处理时间为0.5h-24h。

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