[发明专利]一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料及其制备方法和应用，属于锂金属电池材料技术领域。本发明所述制备方法包括：钛酸镧锂纳米纤维分散于溶剂中制得混合溶液，聚偏氟乙烯均匀分散于所得混合溶液中，制得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液；所得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液与金属锂反应，制得氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料。此外，本发明通过纺丝液配制、纺丝、煅烧、复合、涂覆工艺，得到氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面。本发明针对提高锂金属电池电极材料的循环稳定性和安全性等技术难题，提供了一种工艺简单、效率高、廉价、可大规模制备复合材料的方法。

技术领域

本发明属于锂金属电池材料技术领域，涉及一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料及其制备方法和应用。

背景技术

在全球能源结构调整以应对能源与环境危机大背景下，电动车动力电源、大规模储能等新兴应用场景对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求，当前的锂离子电池能量密度、安全性及循环寿命仍需提升。由于金属锂的电极电势最负其理论比容量高达3860mA·h/g，是石墨负极的十倍，是非常有前景的电极材料。然而，金属锂具有非常高的活性，与电解液会发生副反应，在电化学循环中容易损耗，导致较低的库仑效率；更重要的是，在反复沉积/剥离过程中，锂枝晶生长刺穿隔膜引发电池内部短路、热失控，甚至发生起火爆炸等问题、电池存在较大的安全隐患。已经报道多种改善锂金属电极的方法，如引入了氟化添加剂，高浓度锂盐，金属锂结构化等。但现有方法，大都成本要求高，不能有效的促进锂金属的实际应用。

人工涂层是稳定锂金属的最简单、最有效的方法。通过与锂的反应，在锂表面上形成离子电导率高和机械强度强的人工固体电解质保护层。但是，大多数人工涂层不能承受剧烈的体积变化和锂枝晶的生长，在反复循环中，涂层会连续断裂和修复，甚至粉碎，这会损害锂金属电极的寿命并导致电池寿命降低。而且，现有策略仅解决科学问题，而没有探索工程问题。考虑到批量化制备适用性，这些策略中的大多数通常耗能且耗时。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料及其制备方法和应用。本发明针对提高锂金属电池电极材料的循环稳定性和安全性等技术难题，提供了一种工艺简单、效率高、廉价、可大规模制备的方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料的制备方法，包括：钛酸镧锂纳米纤维分散于溶剂中制得混合溶液，聚偏氟乙烯均匀分散于所得混合溶液中，制得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液；所得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液与金属锂反应，制得氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料。

优选地，钛酸镧锂纳米纤维采用静电纺丝法制备得到，所得钛酸镧锂纳米纤维为Li_3xLa_2/3–xTiO₃，其中，0.33≤3x≤0.5。

优选地，钛酸镧锂纳米纤维、聚偏氟乙烯和溶剂的质量比为(0.2～0.4):(5～10):(0.3～0.6)。

优选地，溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

优选地，聚偏氟乙烯在所得混合溶液中的分散时间为6～10h。

优选地，所得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液与金属锂的反应操作包括以下步骤：

a)在无水无氧、惰性气氛环境中，将所得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液涂覆于锂片表面静置反应；

b)待所得聚偏氟乙烯/钛酸镧锂纳米纤维复合溶液中的溶剂挥发后，制得氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料。

进一步优选地，静置反应为2～12h。