[发明专利]一种碘溶液处理金属锂表面方法及其在固态电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种碘溶液处理金属锂表面方法及其在固态电池中的应用。

背景技术

目前，金属锂是已知金属元素中具有最小的原子量(6.94)和最负的标准电极电位(-3.045V)的元素，因而当其与适当的正极材料匹配构成电池，电池将具有最高比能量、最高电压的优良电化学性能。但是金属锂蓄电池存在严重的循环效率低下和安全性隐患，而导致其商品化应用的失败。20世纪90年代初，日本Sony公司推出了以嵌锂碳材料为负极的锂离子蓄电池，基本上解决了金属锂蓄电池中存在的上述问题，其商品化应用获得空前的成功，它极大地阻止了人们对金属锂蓄电池研究、开发的热潮。但相对于碳负极而言，锂电极仍然具有许多碳负极所无法比拟的优点，如低廉的价格、极高的比能量(3860mAh/kg)。虽然目前金属锂蓄电池技术仍然无法与锂离子蓄电池技术相抗衡，但从长远的观点来看，金属锂蓄电池必然是取代锂离子蓄电池的最终的锂蓄电池产品。因此众多的研究单位和研究工作者始终没有放弃对金属锂蓄电池的研究、开发。特别是近年来，得益于固态离子传导材料的快速发展，固体材料的锂离子传导能力接近或达到有机液态电解液的离子传导能力，使得金属锂在固态电池中应用出现了曙光。但是，由于大部分的无机固体电解质对金属锂不稳定，而且在固态电池体系中锂的溶解沉积导致锂负极层与电解质层之间电接触损失，从而对固态电池的性能产生了非常不利的影响。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种碘溶液处理金属锂表面方法及其在固态电池中的应用。

本发明主要集中在锂电极/固体电解质兼容性方面，通过锂电极表面处理技术实现锂负极电极对氧化物无机固体电解质稳定兼容，并进一步改善采用氧化物固态电解质组装的固态电池的电化学性能。

本发明的目的之一是提供一种具有方法简单，操作方便，在固态锂电池体系中使用效果明显，适合于金属锂负极表面大规模、批次化处理等特点的碘溶液处理金属锂表面方法。

本发明碘溶液处理金属锂表面方法所采取的技术方案是：

一种碘溶液处理金属锂表面方法，其特点是：碘溶液处理金属锂表面方法的制备过程，负极材料采用金属纯锂或硼合金片，裁剪压制成电极片；溶解碘的溶剂采用四氢呋喃，碘溶液重量百分比浓度为0.5-30％；将电极片浸没碘溶液中，然后处理掉不锈钢表面的残留液体以及挥发掉金属锂表面的溶剂，烘干处理，得到表面处理的金属锂电极负极电极片。

本发明碘溶液处理金属锂表面方法还可以采用如下技术方案：

所述的碘溶液处理金属锂表面方法，其特点是：金属锂硼合金片含锂重量百分比为30-100％；电极片浸没碘溶液的时间为1-60秒，烘干处理条件为30-100℃。

本发明的目的之二是提供一种具有可将金属锂负极用于固态电池体系中的表面处理方法，其制备过程简单，在固态锂电池体系中使用效果明显，适合于金属锂负极表面大规模、批次化处理等特点的碘溶液处理金属锂表面方法在固态电池中的应用。

本发明碘溶液处理金属锂表面方法在固态电池中的应用所采取的技术方案是：

一种碘溶液处理金属锂表面方法在固态电池中的应用，其特点是：固态电池组装包括表面处理金属锂电极制备、复合固体电解质的制备、正极电极制备和固态电池的组装；表面处理金属锂电极制备过程，负极材料采用金属纯锂或锂硼合金片，裁剪压制成电极片；溶解碘的溶剂采用四氢呋喃，碘溶液重量百分比浓度为0.5-30％；将电极片浸没碘溶液中，然后处理掉不锈钢表面的残留液体以及挥发掉金属锂表面的溶剂，烘干处理，得到表面处理的金属锂电极负极电极片。

本发明碘溶液处理金属锂表面方法在固态电池中的应用还可以采用如下技术方案：

所述的碘溶液处理金属锂表面方法在固态电池中的应用，其特点是：复合固体电解质的制备时，复合电解质的有机成分采用的聚乙二醇为6000-90万分子量的聚合物，溶剂为THF，电解质为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂；复合电解质的无机成分为颗粒尺寸小于300目的Li-Al-Ge-P粉末或Li-Al-Ti-P粉末；按EO链段与Li离子的摩尔比4-20:1比例将聚乙二醇和双(三氟甲基磺酰)亚胺锂，加入THF将其在惰性气氛下30-100℃条件下搅拌溶解，配制成固含量为1-20％的溶液；按照质量比(PEO+LiTFSI):Li-Al-Ge(Ti)-P粉末＝1:3-49，加入Li-Al-Ge(Ti)-P粉末，并将其混合搅拌均匀，获得复合固态电解质的浆料，然后将浆料涂覆在聚四氟的支撑膜基底上，烘干移除溶剂，剥离基底得到复合固体电解质膜。