[发明专利]具有无机保护涂层的锂负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有无机保护涂层的锂负极及其制备方法，所述锂负极包括锂负极活性物质及覆盖其上的无机保护涂层，其中：所述锂负极活性物质为锂金属或锂合金；所述无机保护层由锂离子导体无机化合物或可在锂负极表面原位生成锂离子导体的无机化合物与粘结剂制备而成。本发明通过简单、低成本的直接涂覆的方法，在锂负极活性物质表面制备一层稳定、致密的无机保护膜，抑制了锂负极活性物质与电解液之间的副反应，促使锂离子均匀沉积，减缓了锂枝晶的生长，提高了锂金属负极的安全性，同时制备的锂负极具有优异的循环性能，为锂金属负极的应用提供了新的思路。

技术领域

本发明属于化学电源领域，涉及一种锂负极及其制备方法，具体涉及一种具有无机保护涂层的锂负极及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，传统电池体系越来越难以满足人们对高比能量储能设备的需求，开发高比能的电极材料有着重要意义。金属锂在已知的负极材料中具有最高的比容量（3860 mAh/g）和最负的电极电位（-3.045 V vs. SHE），是最具前景的负极材料之一。但是高活性的金属锂极易与电解液发生复杂的界面反应，导致活性锂与电解液的消耗以及界面阻抗逐渐增加，继而降低充放电循环过程中的库伦效率；锂离子在电极表面的不均匀沉积导致电极表面产生大量锂枝晶，持续生长的锂枝晶将穿透电池隔膜与正极接触导致电池发生内部短路，造成安全隐患，若锂枝晶从电极上断裂成为失去电化学活性的“死锂”，降低锂金属的利用率。因此，锂金属负极的安全性和循环稳定性亟需提高。

多年来，科学工作者提出诸多解决方案，如Hun-Joon Sohn在电解液中加入HF作为添加剂，增加SEI膜中LiF的含量，使得锂离子均匀沉积（Yoon S, Lee J, Kim S O, et al.Electrochimica Acta, 2008, 53(5): 2501-2506.）。郭玉国教授将锂片与含有磷酸类物质的处理液反应，在锂金属表面原位生成磷酸锂保护层，抑制锂枝晶的生长（CN105280886A）。张强教授以泡沫镍为集流体，灌入熔融锂，降低了负极电流密度，提高了锂负极循环稳定性（Chi S S, Liu Y, Song W L, et al. Advanced Functional Materials,2017, 27(24).）。这些方法都对改善锂负极性能起到了很好的效果，但实际应用受到许多条件限制，开发一种简单有效的锂负极保护方法对开发高比能量锂金属电池具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有无机保护涂层的锂负极及其制备方法，通过简单、低成本的直接涂覆的方法，在锂负极活性物质表面制备一层稳定、致密的无机保护膜，抑制了锂负极活性物质与电解液之间的副反应，促使锂离子均匀沉积，减缓了锂枝晶的生长，提高了锂金属负极的安全性，同时制备的锂负极具有优异的循环性能，为锂金属负极的应用提供了新的思路。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有无机保护涂层的锂负极，如图1所示，包括锂负极活性物质及覆盖其上的无机保护涂层，其中：

所述锂负极活性物质为锂金属或锂合金；

所述无机保护层由锂离子导体无机化合物或可在锂负极表面原位生成锂离子导体的无机化合物与粘结剂制备而成。

上述具有无机保护涂层的锂负极的制备方法，将无机保护层通过直接涂覆的方法引入到锂负极活性物质表面，具体包括如下步骤：

（1）将锂离子导体无机化合物或可在锂负极表面原位生成锂离子导体的无机化合物粉末与粘结剂混合，加入分散剂调节粘稠度，室温下充分搅拌，形成均匀的浆液；

（2）在露点低于-50℃的环境下，将步骤（1）制得的浆液均匀涂覆在锂负极活性物质表面，并在真空环境下干燥使分散剂挥发，形成均匀致密的无机保护涂层。