[发明专利]一种锂箔表面钝化方法及其在锂金属电池中的应用

说明书

本发明公开了一种表面钝化的超薄锂箔及其制备方法。通过在含有少量二氧化碳的氛围下，利用氩气等离子体对超薄锂金属箔材进行表面处理，获得表面均匀钝化的超薄锂箔。本发明获得的超薄锂箔在空气中稳定性较好，与氧化物正极组装出的锂金属电池循环寿命较长。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种表面钝化的超薄锂箔及其制备方法和在锂金属电池中的应用。

背景技术

锂金属电池能够提供比当前锂离子电池更高的能量密度，是当前电池技术研究的热点之一。高能量密度的电池需要使用厚度较小的金属锂箔以减轻电池整体重量，提升电池的整体能量密度。然而，锂金属的活性很强，需要进行表面钝化处理才能具有更好的空气稳定性和循环稳定性。

已经公开过的一些锂金属表面钝化方法只能用于制备钝化锂粉（颗粒），例如CN108176859B 和CN105762328B，但锂反应活性太强，常规方法薄的锂箔钝化存在较大缺陷，容易消耗过多作为电池活性物质的锂，生产的钝化层也不纯净，影响电池性能。因此常规方法无法应用于钝化超薄锂金属箔。针对这一问题，本发明通过在含有少量二氧化碳氛围下，利用氩气等离子体对超薄锂金属箔材进行表面处理，获得表面均匀钝化的超薄锂箔。本发明获得的超薄锂箔在空气中稳定性较好，与氧化物正极组装出的锂金属电池循环寿命较长。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术的不足，本发明的目的是制备一种表面钝化的超薄锂箔，改善它的空气稳定性和在锂金属电池中的循环稳定性。

表面钝化超薄锂箔的特征：

1. 金属锂层厚度不大于50 微米；

2. 表面主要成分为Li₂CO₃，厚度为10-30 nm。

制备方法：

将金属锂箔放入氩气保护的手套箱内部的等离子体清洗机（Diener，Femto型号），功率为25-75 W，处理时间为10-20 min。

附图说明

图1为经过等离子体处理过后的锂箔；

图2为经过等离子体处理的锂箔表面XPS结果（表面主要为Li₂CO₃）；

图3为未等离子体处理的锂箔表面XPS结果（表面主要为C-C, C-H 有机物污染物）。

与现有技术相比，本发明制备的表面钝化的超薄锂箔，其表面均匀形成10-30 nm纯净的Li₂CO₃，改善了锂箔的空气稳定性和在锂金属电池中的循环稳定性，与氧化物正极组装出的锂金属电池循环寿命较长。

具体实施方式

实施例1

将3片直径为12 mm、厚度为50 微米的金属锂箔放入一个置于氩气保护的手套箱内部的等离子体清洗机（来自Diener公司，Femto型号）的腔体中，在腔体中通入氩气（内含100 ppm级别的CO₂），在等离子体功率为25 W的条件下，处理 20 min，获得3片样品1。将其中1片置于30%湿度的空气中30min，进行空气稳定性评价。另外1片采用X射线光电子能谱-深度剖析技术测量Li₂CO₃层的厚度。实施例2：将2片直径为12 mm、厚度为30 微米的金属锂箔放入一个置于氩气保护的手套箱内部的等离子体清洗机（来自Diener公司，Femto型号）的腔体中，在腔体中通入氩气（内含100 ppm级别的CO₂），在等离子体功率为50 W的条件下，处理 12 min，获得样品2。将其中1片置于30%湿度的空气中30min，进行空气稳定性评价。另外1片采用X射线光电子能谱-深度剖析技术测量Li₂CO₃层的厚度。

实施例3