[发明专利]一种聚合物保护的锂负极及其制备方法

说明书

一种聚合物保护的锂负极及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述的锂负极包括集流体，所述的集流体的两相对侧面各设置有含锂材料层，每个含锂材料层外侧面均涂有聚合物。本发明的优点是：选择聚丙烯酸金属盐（非Li盐）或聚甲基丙烯酸金属盐（非Li盐）作为保护锂负极的聚合物，其中，所含金属的标准电极电势高于Li，在充电过程中会在锂负极与聚合物保护层的界面处优先沉积出来，提高界面粘结性，从而降低界面阻抗；而且沉积的金属可作为锂负极表面的骨架结构改善锂负极循环稳定性。此类聚合物具有优良的弹性和锂离子传导能力，可进一步降低界面阻抗。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种聚合物保护的锂负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、高放电电压、长循环寿命、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽及环境友好等优点被广泛应用于便携式电子设备中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。在锂离子电池的发展过程中，石墨类嵌入式负极材料的应用对锂离子电池商业化至关重要。锂离子电池自诞生后发展多年，能量密度不断提高，主要依靠更高容量的正极材料的开发以及更薄的隔膜和集流体的开发，负极材料一直没有太大的变化。目前，锂离子电池能量密度提升正面临瓶颈，亟待开发出更高容量的负极材料。锂负极作为一种理论比容量高的负极得到了广泛研究。

锂有非常高的理论比容量(3861mAh/g)以及最低的标准还原电位，-3.04V(vs标准氢电极)，质量轻且延展性好，用做锂电池负极可以提高电池能量密度。但在实际使用中，锂由于活泼型强，会与电解质发生反应，在锂表面生成SEI膜，在充放电过程中锂反复沉积和溶解带来巨大的体积变化，SEI膜很容易被破坏，暴露出新鲜的锂会继续和电解质反应，最终造成金属锂的不可逆损失和电解质的枯竭，而且在充放电过程中锂表面会发生不均匀沉积，产生锂枝晶刺破隔膜，导致短路的安全事故。因此，尽管锂负极已被广泛研究，但目前还未见其在二次电池中的商业化应用。

在锂负极表面覆盖一层聚合物保护膜是目前研究较多的解决锂负极应用难点的方法。公开号为CN106299244A的中国发明专利申请采用聚乙烯醇接枝共聚物、由所述聚乙烯醇接枝共聚物形成的交联共聚物、聚乙烯醇交联共聚物及其共混物覆盖锂负极，达到保护锂负极的目的。公开号为CN105702919A的中国发明专利申请采用碳酸亚乙烯酯或含碳酸亚乙烯酯多组分共聚单体在锂负极表面原位引发聚合获得聚合物保护层。公开号为CN105591071A的中国发明专利通过在锂负极表面原位聚合生成单离子导体聚合物保护膜。公开号为CN107305950A的中国发明专利申请通过在锂负极表面涂覆一层离子液体聚合物保护膜来保护锂负极。以上方法采用的聚合物保护膜与金属锂负极的粘结性能较差，在充放电过程中锂溶解-沉积导致的体积变化下，聚合物保护膜从锂负极表面脱离的风险很高，不能起到持久的保护作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的锂负极会发生不均匀沉积、产生锂枝晶刺破隔膜，易短路、界面阻抗高的问题，提供一种聚合物保护的锂负极及其制备方法，该种锂负极可抑制锂枝晶，防止电池短路，降低界面阻抗，提高锂二次电池的安全性能以及循环性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种聚合物保护的锂负极，所述的锂负极包括集流体，所述的集流体的两相对侧面各设置有含锂材料层，每个含锂材料层外侧面均涂有聚合物。

一种上述的一种聚合物保护的锂负极的制备方法，所述的方法为：先将含锂材料层的材料通过机械压延或真空蒸镀法附着在集流体上，将聚合物溶解在溶剂中配成聚合物溶液，再将聚合物溶液涂在含锂材料层上，蒸干溶剂，即得到聚合物保护的锂负极。

一种上述的一种聚合物保护的锂负极的制备方法，所述的方法为：先将含锂材料层的材料通过机械压延或真空蒸镀法附着在集流体上，将聚合物单体溶于溶剂中并加入引发剂混合均匀，得到混合液，再将混合液涂在含锂材料层上，蒸干溶剂，然后通过光或热引发聚合物单体聚合，即得到聚合物保护的锂负极。