[发明专利]用于保护锂金属的自愈合人工界面层及其制备方法、电池

说明书

本发明实施例公开了一种用于保护锂金属的自愈合人工界面层及其制备方法、电池，所述方法包括：对铆定基体表面进行羟基化处理，获得羟基化基体；将液态金属与所述羟基化基体混匀，获得复合材料；将所述复合材料加入粘结剂和溶剂混匀，获得浆料；将所述浆料涂覆在固化基体上，后烘干，获得用于保护锂金属的自愈合人工界面层。本发明实施例将铆定基体材料羟基化处理，可以与液态金属表面的氧化层形成氢键，保证液态金属均匀包覆与基体材料表面，液态金属在电池中得到有效固定，提高了安全性。

技术领域

本发明实施例涉及二次锂电池技术，特别涉及一种用于保护锂金属的自愈合人工界面层及其制备方法、电池。

背景技术

锂金属负极具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs.SHE)和极高的理论比容量，是目前实现500Wh/kg高能量密度电池体系的理想负极材料。同时，以锂金属作为负极，还可以拓宽正极材料选择(如硫正极、空气正极)，实现电池能量密度的进一步提升。但锂金属本身活性高，且在循环过程中易生成枝晶及存在巨大的体积变化，阻碍了锂金属负极的进一步使用。目前，大量文献报导了提升锂金属循环性能的方法，包括电解液的调控、三维结构的设计、人工界面的引入等方法；其中，使用人工界面具有便于调控、便于设计及可实现大面积生产等优势，是提升锂金属稳定性的有效方法之一。

液态金属，尤其是以镓为主体的各种合金室温液态金属，在柔性电子电路、增材制造、生物医学及软机器人等领域得到了广泛应用。利用室温液态金属良好的流动性可以有效地缓解锂电池电极体积变化所带来的电池失效；同时，液态金属的成分镓、铟、锡等可以与锂离子形成具有可逆容量的合金，不会造成电池能量密度的大幅降低。在发明专利如US2020/0235405 A1，CN 111755699 A和CN 109473637B中，都提出使用液态金属保护锂金属负极。但这里需要注意的是，液态金属没有均匀包覆于基体材料表面或者液态金属在电池中没有得到有效固定的话，液态金属的流动性可能造成电池的短路，引发电池起火、爆炸等安全事故。

因此，如何开发一种用于保护锂金属的自愈合人工界面层及其制备方法，解决现有技术中存在的难以均匀包覆和有效固定问题，以提高安全性，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例目的是提供一种用于保护锂金属的自愈合人工界面层及其制备方法，铆定基体材料的羟基化处理可以液态金属表面的氧化层形成氢键，保证液态金属均匀包覆于基体材料表面，液态金属在电池中得到有效固定，提高了安全性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于保护锂金属的自愈合人工界面层的制备方法，所述方法包括：

对铆定基体表面进行羟基化处理，获得羟基化基体；

将液态金属与所述羟基化基体混匀，获得复合材料；

将所述复合材料加入粘结剂和溶剂混匀，获得浆料；

将所述浆料涂覆在固化基体上，后烘干，获得用于保护锂金属的自愈合人工界面层。

进一步地，所述铆定基体包括陶瓷材料和碳材料中的一种；所述陶瓷材料包括ZnO、Al₂O₃、SiO₂、NiO₂、MgO、LLZO、LLZTO、LLTO、LAGP和LATP中的至少一种；所述碳材料包括碳纤维、碳布、碳纸、碳纳米管、石墨烯、炭黑、乙炔黑和石墨中的至少一种。

进一步地，当所述铆定基体为碳纤维、碳布和碳纸中的一种，所述方法还包括：

对铆定基体表面进行羟基化处理，获得羟基化基体；

将液态金属与所述羟基化基体混匀，获得用于保护锂金属的自愈合人工界面层。

进一步地，所述对铆定基体表面进行羟基化处理，获得羟基化基体，具体包括：