[发明专利]复合修饰层及其于无阳极锂电池的应用

说明书

一种复合修饰层，其附着于一电流收集器表面，该复合修饰层是由一高分子包覆一高亲锂奈米粒子所形成，进一步地该复合修饰层上可附着另一碳层或人工保护层成为本发明数种适用的复合修饰层；本发明通过高亲锂奈米粒子，例如奈米银粒子，优先形成锂银合金降低锂晶核成长时的热力学不稳定，抑制枝晶锂的生成，此奈米银粒子通过该高分子、碳材或人工保护层的高导离性与高机械黏附力特性让奈米银粒子稳定于铜箔上，经过多次循环测试后，具有较高的平均库伦效率与电容量保持率。

技术领域

一种高亲锂金属与高分子的复合修饰层，特别是一种使用于锂金属电池，并同时能够避免锂枝晶产生的高亲锂金属与高分子的复合修饰层。

本发明所提供高亲锂金属与高分子的复合修饰层主要是使用于无阳极锂电池并且以下将以此实施例加以叙述与说明，但本发明并不仅局限于此单一应用上，其它相同或近似机理的应用都应涵盖在本发明所揭露的范围中。

背景技术

锂金属电池拥有低还原电位、低密度及高能量密度的特性，是这个世纪最受关注的技术之一。然而，锂金属电池在商业上仍无法普及的关键因素在于不受控的锂金属树枝状锂晶体生长与长时间反应过程中的锂堆积而导致低循环效率的问题，特别在无阳极锂电池技术上，因锂晶核在铜箔上成长的热力学不稳定，容易有树枝状锂晶体生长造成电池快速失效，因此需要一种技术能够改善或至少提供一种替代的解决方案。

发明内容

为了解决上述锂金属电池不受控的锂金属树枝状锂晶体生长与长时间反应过程中的锂堆积而导致低循环效率的问题，本发明提供一种高亲锂金属与高分子的复合修饰层，其附着于一电流收集器表面，并包含一亲锂性奈米粒子由一高分子所包覆形成的一复合材料；以及该电流收集器表面至少包含一金属。

其中，该亲锂性奈米粒子包含金、铂、钯、硅、银、铝、铋、锡、锌或铟等一种或多种组合；该高分子包含聚多巴胺、聚乙烯醇、乙烯醇乙烯共聚物、聚苯乙烯磺酸钠盐、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯腈、丁苯橡胶或羧甲基纤维素钠的一种或多种组合；以及该电流收集器的表面金属包含铜、银、白金、黄金、镍及不锈钢等一种或多种组合。

其中，该锂性金属奈米粒子与该高分子所形成的复合材料表面进一步附着一碳层。

其中，该碳层包含石墨烯、氧化石墨烯、碳管、软碳、硬碳、天然石墨或人工石墨的一种或多种组合。

其中，该亲锂性奈米粒子与该高分子所形成的复合材料表面进一步附着一人工保护层，该人工保护层包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂的复合材料。

其中，该聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂质量比介于5：1～5：3。

本发明的复合修饰层可应用于无阳极锂电池，包含液态或固态电解质。

通过上述说明可知，本发明具有以下优点与有益功效：

1.本发明所提供的较佳实施例中，主要在阳极电流收集器先涂布一层被包覆聚多巴胺(Ag@PDA)的奈米银粒子，通过银粒子具有亲锂性，优先形成锂银合金降低锂晶核成长时的热力学不稳定，抑制枝晶锂的生成，此奈米银粒子通过聚多巴胺的高机械黏附力特性让奈米银粒子稳定于铜箔上。

2.进一步地，本发明其它更佳实施例在Ag@PDA层的顶部涂覆氧化石墨烯(GO)的碳层，因GO具高锂离子传导度、低电子导电度、与电解液稳定性以及增加整体涂布层的机械强度，可作为人工SEI界面层，帮助抑制电解液分解与枝晶锂的生成。本发明集成上述多种优点，制作一种高效能、高安全性的稳定人工SEI界面复合层，用于有效提高无阳极锂金属电池性能。

3.本发明其它更佳实施例也通过在铜箔表面施予一个人工界面层(涂层)，运用不同的有机、无机材料的组合，选择对于锂离子的亲和性、反应性、以及考虑电解液的特性、界面所需的物理化学特征(例如:高离子传导特性、低电子传导特性、机械性质、化学稳定性等)，解决上述锂枝晶生成的挑战。