[发明专利]一种用于锂金属电池的负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种用于锂金属电池的负极材料。

背景技术

锂离子电池在现代生活中有着广泛的应用。尽管锂离子电池已经被广泛应用于各种电子设备，混合动力汽车，纯电动汽车上，但是由于它的石墨负极与锂化的正极，容量已经几乎达到了理论容量。锂金属电池由于其高的比容量，是理想的下一代电池。

锂金属电池仍有许多问题囧待解决，最大的挑战就是锂枝晶生长的问题。随着电池的循环，锂枝晶会不断的生长与积累，一旦锂枝晶刺穿电池的隔膜，使电池正负极相连，便会造成电池的短路，同时增加欧姆热量，如果使用的是醚类电解液，还会造成电解液燃烧，带来安全隐患。通过对锂负极的改性，可以促进锂的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长，解决锂金属电池的安全问题，增加循环性能。

根据目前的研究，对锂负极改性的研究多局限于对电解液的改性，如使用聚合物电解质、离子液体电解质、有机-无机混合电解质等；又或者，通过使用电解液添加剂调控锂负极表面的固体电解质界面膜的成分与结构，如无机类添加剂二氧化碳、卤化锂盐等，或有机类添加剂氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯等。上述的改性方法可以在一定程度上解决锂织晶的问题，但是还不能在根本上解决。

除上述改性方法外，斯坦福大学的崔屹教授提出将单层纳米碳球包覆在金属锂负极的表面，在锂负极和固体电解质界面膜之间构筑一层具有优异机械性能的缓冲层，防止沉积的锂刺穿界面膜。这种方式极大地提高了负极的循环稳定性，抑制了枝晶的产生(Zheng et al.Interconnected hollow carbon nanospheres for stable lithium metal anodes.Nature Nanotechnology 2014,doi:10.1038/nnano.2014.152)。清华大学张强课题组从金属锂负极本身的结构入手，使用三维Li₇B₆纳米纤维作为金属锂沉积的骨架，通过设计材料的纳米结构，赋予其自抑制枝晶生长的特性，相关工作近期发表于Small。但这些方式增加了电池整体重量，且制备过程繁琐，不利于商业化生产。

发明内容

本发明提供了一种用于锂金属电池的负极材料，通过物理沉积无机锂盐到锂片上，以其作为锂金属电池的负极材料，可以有效地抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的安全性与循环性能。

具体技术方案如下：

一种用于锂金属电池的负极材料，包括锂片与人工固体电解质界面膜，所述的人工固体电解质界面膜经磁控溅射法沉积在锂片表面；

所述的人工固体电解质界面膜选自LiF、LiBr、LiCl、LiI、Li₂CO₃、LiOH、Li₃P、Li₃PO₄、LiNO₃、Li₂S、Li₂SO₄、Li₃N中的至少一种。

通过磁控溅射法在锂片表面沉积人工固体电解质界面膜的过程中，以锂片为基材，以LiF、LiBr、LiCl、LiI、Li₂CO₃、LiOH、Li₃P、Li₃PO₄、LiNO₃、Li₂S、Li₂SO₄、Li₃N中的至少一种作为靶材。

作为优选，所述的人工固体电解质界面膜选自LiF、LiBr或Li₃P。优选的这几种人工固体电解质界面膜可以有效地抑制锂枝晶的生长。

作为优选，磁控溅射的工艺条件为：磁控溅射功率为50～150W，时间为1～100min，工作气压为5～15mTorr。通过对工艺条件的调控可以控制沉积在锂片表面的人工固体电解质界面膜的厚度及致密度。

进一步优选，所述的人工固体电解质界面膜选自LiF。经试验发现，相较于其它种类的人工固体电解质界面膜，LiF膜对锂枝晶生长的抑制效果最佳。