[发明专利]一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法

说明书

本发明提供的一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法，包括锂金属和生长在锂金属表面由Li₃Sb/LiF复合颗粒组成的复合SEI层，Li₃Sb/LiF复合颗粒的尺寸为400～600nm，Li₃Sb与LiF的质量比为3:7；制备方法为三氟化锑加入二甲醚中得到Sb³⁺的浓度为1～50mmol/L的Sb³⁺前驱体溶液，将抛光后Li金属浸泡在Sb³⁺前驱体溶液中180～360s，经清洗、干燥得到。在Li₃Sb和LiF的协同作用下，加快复合SEI层中Li⁺的传输动力学，并在复合SEI层和锂金属的界面上发生均匀的Li沉积，具有高界面机械强度，可有效稳定锂金属阳极，防止枝晶生长。

技术领域

本发明涉及锂金属电池领域，具体而言，涉及一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法。

背景技术

由于锂(Li)阳极具有高的理论比容量(3860mAh g^-1)和最低的电极电势 (–3.04V，相对标准氢电极)，因此，锂金属电池被认为是极具发展前景和应用前景的下一代新能源储能器件之一。然而，当Li阳极接触液态有机电解质时，会与有机和无机成分自发反应，在其表面形成固体电解质中间相(SEI)层。这种自然形成的SEI层具有快速Li⁺传导的局部尖端，导致不均匀Li沉积，形成的 Li枝晶会使得循环过程中产生的脆性SEI层破裂。因此，新鲜的Li阳极表面将再次暴露于电解质中，并造成更多的副反应。更重要的是，在高电流密度下，Li⁺在SEI层中的传输动力学严重受限，导致更明显的Li枝晶问题。

氟化锂(LiF)是SEI层中的主要成分，具有低电子电导率和高化学稳定性，是Li阳极表面的良好钝化层。然而，LiF组分的离子电导率较差(10^-9S cm^-1)，远低于SEI层中的其他无机组分(如Li₂O、Li₂CO₃)的离子电导率。LiF的高 Li⁺扩散能垒导致Li⁺的传输动力学受限(特别是在高电流密度下)，并造成不稳定的Li电镀/剥离性能。因此，构造更稳定的富含LiF的SEI层对于增强Li⁺在 SEI层中的扩散动力学以实现稳定的Li电镀/剥离至关重要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供一种由复合SEI层改性的锂金属阳极及其制备方法，并将该锂金属阳极直接应用于Li金属电池，解决了Li 金属电池在高电流密度下Li⁺传输动力学缓慢及Li电镀/剥离循环稳定性差的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种由复合SEI层改性的锂金属阳极，其特征在于，包括锂金属和生长在锂金属表面的复合SEI层，所述复合SEI层由Li₃Sb/LiF复合颗粒组成，Li₃Sb/LiF 复合颗粒中Li₃Sb与LiF的质量比为3:7，Li₃Sb/LiF复合颗粒的尺寸为400～600nm。

进一步地，所述复合SEI层的厚度为2～10μm。

一种制备上述由复合SEI层改性的锂金属阳极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：抛光Li金属，并干燥；

步骤2：将三氟化锑(SbF₃)加入二甲醚(DME)中，搅拌后得到Sb³⁺的浓度为1～50mmol/L的Sb³⁺前驱体溶液；

步骤3：将步骤1所得Li金属浸泡在步骤2所得Sb³⁺前驱体溶液中180～360 s，取出后用DME清洗表面残留物，干燥后得到由复合SEI层改性的锂金属阳极。