[发明专利]保护性金属阳极结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源领域，涉及一种保护性金属阳极结构及其制备方法，具体地说，涉及一种无机有机复合修饰电池金属电极的制备方法，通过复合修饰可在金属电极表面形成复合保护层。本发明是利用金属锂与吡咯反应在金属锂表面形成一种锂化吡咯有机保护膜，同时金属锂还原金属铝离子，形成另一层无机锂铝合金保护层，二者竞争反应形成复合保护层。

背景技术

随着摄录影机、移动电话、手提电脑等各种多功能便携式电子产品的逐步轻量化，关于这些电子产品所使用的电池的研究也日益高涨。其中，可逆的锂离子二次电池，由于具有开路电压高，能量密度大，无污染，无记忆效应等诸多优点(H.Ikeda，T.Saito，H.Tamura，in：A.Kozawa，R.H.Brodd，Proc.Manganese Dioxide Symp.，vol.1，IC Sample Office，Cleveland，OH，1975)，在世界范围内掀起了锂离子电池研究的热潮。由于碱金属锂及锂合金具有高电负性，且具有较轻的原子质量，作为电池负极材料时必能提高电池的能量密度，因此，金属锂及锂合金负极材料引起了人们的广泛关注。虽然金属锂及锂合金作为锂电池负极材料有很多优点，但是仍存在很多问题从而限制了其应用。

首先，由于金属锂反应活性高，能够与很多有机溶剂反应，这些副反应将产生不理想的自放电现象，且这些与金属锂反应的溶剂将不会再溶解锂盐而形成电解质。为了降低金属锂的反应活性，可以采用低反应活性的金属，例如金属铝，与金属锂形成锂铝合金负极材料。固态锂铝合金电极中金属铝比重越高，越能降低锂电极表面的反应活性，但会增加电极的重量(金属铝的密度约为金属锂的五倍)，降低能量密度，锂铝合金电极电位也会上升0.3V(相对于纯金属锂电极电位)(Rao等，US 4 002 492，1977；US 4 056 885，1977；B.M.L.Rao，R.W.Francis和H.A.Christopher，Journal of the Electrochemical Society，1977，124(10)：1490-1492；J.O.Besenhard，Journal of Electroanalytical Chemistry，1978，94(1)：77-81；Lai等，US 4 048 395，1977；M.Ishikawa，K.Y.Otani，M.Morita和Y.Matsuda，Electrochimica Acta，1996，41(7-8)：1253-1258)，同时，合金电极随着循环次数增加，由于体积膨胀而粉碎(Belanger等，US 4 652 506，1987；N.Yevgeniy S，US 6 955 866B2，2005；Bhaskara.M.L.Rao，US 4 002 492，1977；Bhaskara.M.L.Rao，US 4 056 885，1977)。但是，在电解液中添加少量的AlI3形成的Li-Al合金，却可以提高电池循环寿命(Masashi Ishikawa等，Journal of Power Sources 146(2005)199-203；D.Aurbachm等，Journal of The Electrochemical Society，149(10)A1267-A1277(2002)；M.Ishikawa，S.Machino和M.Morita，Journal of Electroanalytical Chemistry，1999，473(1-2)：279-284；D.Fauteux和R.Koksbang，Journal of Applied Electrochemistry，1993，23(1)：1-10)。