[发明专利]一种碱金属保护层及其制备方法和在碱金属二次电池中的应用

说明书

本发明属于二次电池用聚合物基保护层材料领域，公开了一种碱金属保护层及其制备方法和在碱金属二次电池中的应用。该制备方法是将保护层成分溶解或分散于有机溶剂，搅拌形成均匀浆料后在保护气氛中将浆料涂覆于碱金属材料表面，待有机溶剂挥发后即可获得碱金属保护层；所述保护层成分包括聚偏二氯乙烯和添加剂。本发明工艺简便、可操作性强，碱金属保护层面积、厚度可控，易于大批量生产。所述碱金属保护层可有效阻隔空气和水，并能够抑制碱金属枝晶产生，具有良好的成膜性能和化学稳定性，有助于解决活泼的碱金属在空气不能稳定储存、运输成本高等问题；具备所述碱金属保护膜的碱金属二次电池具有优异的电化学性能和安全性能。

技术领域

本发明属于二次电池用聚合物基保护层材料领域，特别涉及一种碱金属保护层及其制备方法和在碱金属二次电池中的应用。

背景技术

先进储能技术的发展对于满足便携式电子产品、电动汽车、固定式电网存储等的需求至关重要。碱金属(锂、钠、钾)离子二次电池具有高能量密度、长寿命、环保和自放电率低等优点，已经或即将大规模地应用于多种场合中，是一类重要的储能器件。储能材料(包括正极材料、负极材料、电解质材料、导电剂材料、粘结剂材料等)的开发和应用对储能器件的发展具有关键性的推动作用。目前，碱金属离子二次电池的负极主要是碳材料，如石墨、软碳、硬炭等。然而，多数以碳材料为负极的碱金属离子二次电池的实际能量密度已逐渐接近于理论极限值，这类碱金属离子二次电池进入了发展瓶颈期，其能量密度已不能实现质的飞跃，因此迫切需要理论容量更高的负极材料以满足新兴的先进储能器件发展的要求。

碱金属以其高的理论容量和低的标准电极电势而成为理想的下一代碱金属离子二次电池负极材料。以碱金属为负极的碱金属离子二次电池，即碱金属二次电池，包括碱金属-氧化物电池、碱金属-硫电池和碱金属-空气电池，它们都有很高的理论能量密度，是未来储能领域重要的发展方向。但是，碱金属直接作为负极材料仍然面临着一系列亟待解决的问题：碱金属化学性质活泼，极易与空气、水发生反应，难以在空气中久置，储存和运输困难；碱金属表面形态的不均匀，导致表面电荷分布不均匀，容易产生枝晶，导致电池循环性能下降，严重时会刺穿隔膜造成电池短路，引发安全隐患。碱金属的空气、水不稳定性和不可控枝晶生长严重阻碍了碱金属二次电池的商业应用，不利于储能领域的发展。因此，发展具有空气、水稳定性的，可抑制枝晶生长的碱金属负极可以降低对碱金属存储和运输环境的要求，提高碱金属二次电池的循环稳定性和安全性，具有重大的实用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种碱金属保护层的制备方法；该方法以具有高空气、水阻隔性能聚偏二氯乙烯及具有高离子导率的添加剂为保护层成分，通过将保护层成分溶解或分散于有机溶剂制成浆料后涂覆于碱金属材料表面，待有机溶剂去除后即可得到碱金属保护层。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的碱金属保护层；该保护层可以阻止空气、水分接触碱金属，并抑制碱金属枝晶的形成，提高碱金属二次电池的循环寿命。

本发明的再一目的在于提供上述碱金属保护层在碱金属二次电池中的应用；碱金属二次电池具有上述碱金属负极保护层，具有优异的电化学性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种碱金属保护层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将干燥后的保护层成分，溶解或分散于有机溶剂，充分搅拌，形成均匀浆料；所述保护层成分包括聚偏二氯乙烯(PVDC)和添加剂，添加剂的含量为0-50wt％；

(2)在保护气氛中将步骤(1)所得浆料涂覆于碱金属材料表面，有机溶剂挥发后在碱金属材料表面得到碱金属保护层。