[发明专利]金属锂负极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属锂负极及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、将含氟或/和含氯高分子化合物溶解在溶剂中，得到反应溶液，其中，所述溶剂为含有酰胺基和/或醛基的化合物；S2、将反应溶液均匀涂敷在金属锂表面反应0.5－30min，得到表面具有钝化层的金属锂负极。本发明的含氟、氯高分子在溶剂的作用下与金属锂发生快速反应，在金属锂表面快速形成氟化锂或氯化锂钝化层，可在最短0.5min内实现完全制备过程，同时，本发明利用未反应的高分子在最外层形成包裹保护作用，由此有效地阻挡了金属锂和电解液的直接接触，提高了锂金属电池的电化学性能，本发明的制备方法具有制备工艺简单、制备成本低、工艺耗时少、钝化层厚度易控制等优点，更适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，特别涉及一种金属锂负极及其制备方法和应用。

背景技术

锂金属电池在充放电过程中，锂离子沉积不均匀导致金属锂负极表面形成锂枝晶，严重影响电池的使用效率和使用寿命，更严重的甚至出现短路燃烧、爆炸的危险。现有技术中，在金属锂表面构建一层固体电解质界面膜，有效的阻挡金属锂和电解液的直接接触，从而抑制发生在金属锂表面的副反应，也可以减缓锂枝晶的生长。然而人工构建的SEI膜的性能有限，其制备方法较为复杂，而且成本较高，不利于工业化生产。

中国专利CN113299887A公开了一种金属锂负极的制备方法、金属锂负极及锂金属电池。其技术方案大致为：将第一钝化物和第二钝化物溶解于溶剂中，得到钝化溶液，其中第一钝化物为多烷基化合物，所述多烷基化合物中碳原子个数为10-20，所述第二钝化物为卤化盐；将金属锂置于钝化溶液中反应0.1-24h，即得到表面具有钝化层的金属锂负极；采用溶剂清洗金属锂负极，并将清洗后的金属锂负极置于惰性环境中干燥，即得到金属离负极。第一钝化物可以为多烷基磷酸锂、多烷基胺锂、多烷基羧酸锂、多烷基硫醇锂或多烷基醇锂。卤化盐可以为卤化铝、卤化锌、卤化铟、卤化铋、卤化砷或卤化锡。该专利技术可以在金属锂表面形成钝化层，其中第一钝化物中多烷基化合物中的多烷基链可以起到阻隔多硫化物的作用，使得第一钝化物与金属锂生成的多烷基锂盐能够排斥多硫化物的作用，同时，第二钝化物中的卤化盐会与金属锂发生置换反应，得到锂基合金，锂基合金可以作为锂离子快速传输通道。然而，该专利技术制备工序繁琐，并且受制于工艺原理的限制，所得到的金属锂负极全暴露，表面均形成钝化层，不利于金属锂负极与集流体的接触。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种金属锂负极及其制备方法和应用，本发明采用含氟、氯的高分子作为反应物，含氟、氯高分子在溶剂的作用下与金属锂发生快速反应，在金属锂表面快速形成氟化锂或氯化锂钝化层，同时，再利用未反应的高分子在最外层形成包裹保护作用，由此有效的阻挡金属锂和电解液的直接接触，提高锂金属电池的电化学性能，该方式具有制备工艺简单、制备成本低、工艺耗时少、钝化层厚度易控制等优点，能够减少传统工艺双面制备的缺点，克服了现有技术所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种金属锂负极的制备方法，包括以下步骤：

S1、将含氟或/和含氯高分子化合物溶解在溶剂中，得到反应溶液，其中，所述溶剂为含有酰胺基和/或醛基的化合物；

S2、将反应溶液均匀涂敷在金属锂表面反应0.5-30min，得到表面具有钝化层的金属锂负极。

在本发明中，本发明是利用含氟或/和含氯高分子化合物在溶剂的协同作用下快速的与金属锂反应形成氟化锂钝化层或氯化锂钝化层，少量未反应的物质则在最外层形成包裹保护作用，共同作用下，使锂金属电池电化学性能得到有效提高。

进一步，所述含氟或/和含氯高分子化合物为偏聚氟乙烯、聚氯乙烯中的一种或两种，当然，其还可以是其他含氟或/和含氯高分子化合物。本发明所涉及的含氟、氯物质的分子结构通式如式(1)和式(2)所示，优选为聚偏氟乙烯或聚氯乙烯。