[发明专利]一种锂金属负极的制备方法及锂金属负极

说明书

本申请公开了一种锂金属负极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将聚合物加入溶剂中，使聚合物充分溶解，形成聚合物溶液；步骤二：将过渡金属盐加入聚合物溶液中，使过渡金属盐均匀分散并进行超声，得到均匀分散的混合溶液；步骤三：将混合溶液均匀涂覆于锂片表面，烘干，在锂片表面形成保护层，对锂片进行冲片得到锂金属负极。本发明通过保护层中均匀分散的过渡金属离子可以在锂金属表面形成成核位点及富含LiF的SEI膜，加速锂离子迁移，减少锂金属表面局部电流密度不均匀的程度，诱导锂沉积，改善了锂金属负极的锂溶出/锂沉积能力，同时保护层具有较强的机械强度和较高的离子传输速率，支持在更高的充放电倍率下以及低温条件下进行长循环。

发明领域

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种锂金属负极的制备方法及锂金属负极。

背景技术

金属锂作为理论容量最高、电位最低的负极材料，是追求高能量密度的首选材料，但高的反应活性以及大的体积膨胀使得锂金属电池的商用化之路困难重重。因此对锂金属的表面改性必不可少。

现有技术中对锂金属的表面处理办法以保护为主，主要是为了减少在充放电过程中不均匀的锂沉积导致锂枝晶的产生，防止锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路甚至爆炸，在加强机械强度之余没有兼顾离子传输效率，使得离子传输效率降低，导致锂电池的库伦效率降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂金属负极的制备方法及锂金属负极，保证机械强度的同时具有高的锂离子迁移速率，通过在锂金属表面形成均匀的成核位点优化锂金属沉积，从而改善电池的循环。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锂金属负极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚合物加入溶剂中，使所述聚合物充分溶解，形成聚合物溶液；

步骤二：将过渡金属盐加入所述聚合物溶液中，使所述过渡金属盐均匀分散并进行超声，得到均匀分散的混合溶液；

步骤三：将所述混合溶液均匀涂覆于锂片表面，烘干，在所述锂片表面形成保护层，对所述锂片进行冲片得到锂金属负极。

其中，在不加入所述聚合物的情况下，所述过渡金属盐与所述锂片的反应情况较剧烈且不均匀，反应过程难控制；在加入所述聚合物的情况下，所述过渡金属盐被溶解充分的所述聚合物保护，在较短时间内不会与所述锂片发生接触，可以极大地控制反应的发生。在均匀涂覆且涂覆后及时进行烘干处理的情况下，所述保护层中的所述过渡金属盐不会与所述锂片发生反应，避免了所述锂片的消耗导致锂电池循环变差的问题。

作为本发明的一种改进，所述保护层包括：

基体，由所述聚合物构成；

所述过渡金属盐，均匀分散于所述基体。

其中，所述混合溶液通过加热烘干等方式固化成膜，所述基体应具有一定的柔性和机械强度，所述过渡金属盐可在所述基体中均匀分散。所述保护层可在锂金属表面形成均匀的过渡金属-锂合金以及大量LiF，诱导锂金属沉积，减少锂枝晶的生成，改善循环性能。所述保护层较为致密，且机械性能良好，能够抑制锂金属负极在长循环充放电过程中的体积变化，具有较好的结构稳定性。

作为本发明的一种改进，所述过渡金属盐与所述基体的质量比为(1:99)～(3:1)，优选的，质量比应在(1:9)～(1:1)。通过控制上述两者的质量比能控制所述保护膜的厚度，同时也能控制所述过渡金属盐的单位面积的比重，防止所述过渡金属盐过量，过度消耗锂金属，影响锂电池的能量密度；此外，在上述质量比中所述基体能够将过渡金属离子均匀的分散并固定于锂金属表面。