[发明专利]一种锂金属电池的锂负极表面处理方法

说明书

本发明公开了一种锂金属电池的锂负极表面处理方法，属于锂电池技术领域。该方法采用化学方法，将盐类或酯类作为添加剂溶解到有机溶剂中，制成电解质溶液；取电解质溶液与金属锂片反应，使得在锂片表面形成一层固态电解质保护层。本发明的操作方法简单，便于大规模的生产及定量控制；在金属锂表面原位形成的固态电解质层能有效抑制锂枝晶的产生，减少锂源的损失，使得整个电池的库伦效率在没有添加剂的条件下得到明显提高，实现了金属锂负极在电池长续航过程中的稳定和高效，在抑制金属锂枝晶和提高并保持全电池的高库伦效率方面都有明显效果。

技术领域

本发明涉及一种锂金属电池的金属锂负极表面处理方法，属于锂金属电池技术领域。

背景技术

21世纪进入移动生活时代，整个社会对于能源的需求变得更高，这也促进了储能领域尤其是电池储能的快速发展。从索尼公司在20世纪90年代研发出了用石墨负极代替金属负极发布第一代商用锂离子电池之后，锂离子电池迅速占领了以笔记本电脑、手机、数码相机等电子产品为主体的高端移动终端市场。随着国家新能源战略发展策略的提出，在全国范围推广普及新能源汽车来遏制内燃机汽车造成的尾气污染，同时也能减少国家对石油的进口依赖。人们对高能量密度的电池期望也就越来越高，商业化的石墨材料用作电池的负极从本征特性上已经决定了其无法满足新能源汽车长续航里程的要求(400Wh kg^-1)，科学研究人员又重新把目光聚焦在了以金属锂为负极的锂金属电池领域。金属锂用作负极具有天然的优势，比如最负的电极电势(-3.040V)、极高的理论容量(3850mAh g^-1)，这些决定了金属锂电池在高电压、高能量密度电池中都有极大潜力。

金属锂电池自20世纪70年代被提出以来，始终面临着几个未被解决的问题：比如金属锂枝晶的产生，部分枝晶会脱离导电骨架形成无法再被利用的“死锂”，致使库伦效率下降和锂源的损失；此外，锂枝晶的大量产生有可能会刺穿隔膜导致电池的安全问题。解决锂枝晶问题的科学研究也从未停止，目前解决金属锂问题的策略集中在以下几个方面：通过构筑高比表面结构的支撑材料(石墨烯)来减小锂离子脱嵌的局部电流密度(专利号：CN105845891A)；通过自限域的方法来控制锂离子的沉积位点(Small,2014,10,4257)；通过强极性物质的吸附作用来减缓锂离子沉积速率(Adv.Mater.2016,28,2888)；通过电解液添加剂来控制锂离子的均匀沉积(专利号：CN105870502A)通过降低金属锂沉积的过电势诱导锂离子的定向选择性沉积(Nature Energy,2016,1,16010)；在金属锂的表面构建一层固态电解质膜，阻止锂表面与电解液的直接接触，同时能够抑制锂枝晶的产生(Adv.Mater.2016,28,1853)。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂金属电池的锂负极表面处理方法，通过在金属锂负极表面原位形成一层稳定的固态电解质保护层，使其可有效抑制锂枝晶的产生，减少锂源的损失，进而提高锂金属电池的锂负极在长续航过程中的寿命。

本发明的技术方案如下：一种锂金属电池的锂负极表面处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将盐类或酯类作为添加剂溶解到有机溶剂中，制成电解质溶液，其中添加剂的质量分数为0.01％～20.0％；

2)取电解质溶液与金属锂片反应，使得在锂片表面形成一层保护层，电解质溶液滴加的量为5μLcm^-2～1000μLcm^-2，在金属锂负极表面原位形成一层固态电解质保护层。

优选地，所述添加剂为碳酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟硼酸锂、六氟砷酸锂、氟化钾、氟化银、氟化铜、氟化钠、碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种。

优选地，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、环丁砜、1,3-二氧戊环、四乙二醇二甲醚和二甲基亚砜中的一种或几种。