[发明专利]一种长循环寿命锂负极的保护方法

说明书

本发明通过制备液态金属纳米粒子以及碳骨架支撑的LMNPs，制作成人造SEI膜并涂覆在锂金属的表面，在与相应的材料，组装成电池。对电池进行了循环性能测试以及倍率性能测试。在本发明中碳骨架支撑的LMNPs作为一种新型的人造SEI膜涂覆在锂金属的表面能够有有效的起到保护锂负极的作用。碳骨架支撑的LMNPs人造SEI膜有效的降低电池在运行过程中的反应活性，减少了锂枝晶的产生，是一种新型的锂负极保护材料，同时也提高了电池的大倍率性能，以及大大的延长了电池的寿命。本发明操作简单，可用于实际的生产应用中。

技术领域

本发明属于绿色储能技术领域，具体涉及液态金属纳米粒子的制备、碳骨架支撑的液态金属（LMNPs）的制备的长循环寿命锂负极的保护方法。

背景技术

电压作为电能质量的一个重要评价指标，是保障供电服务的基本条件，事关和谐供用电关系的构建和服务社会经济发展的能力。近年来，我国社会经济持续稳定发展，城乡居民消费水平不断提高，农村用电需求一直保持较快增长趋势，农村配电网建设改造相对滞后，致使部分区域的供电电压偏低（电压值低于国家标准所规定的电压下限值，简称“低电压”），已不能很好满足农村居民正常生产生活用电需求。目前,随着电子信息技术产业的迅猛发展,人们对于电源动力系统有了更高一层的要求。为了满足二十一世纪社会的可持续快速发展,新一代的能量供给系统应该具备环境友好、价格低廉和高能量密度等优良特性。锂电池作为当今国内外研究应用的重点,有着“绿色二次电池”的美誉，已经被广泛应用。

锂金属作为锂电池负极材料其理论能量密度最大(3860 mAh/g)，电化学势最低。然而，锂金属电池在实际应用中却存在安全性和稳定性问题，其中锂枝晶的生长、钝化层的增厚和电池低循环寿命是目前锂负极极遇到的几个突出问题。针对现状研究人员已经找到了许多解决这些问题的方法，包括不同电解质溶剂的研究，新电解质盐的探索，电解质添加剂的尝试等等。在现有的研究中，人工SEI层可以克服上述困难，如Cu₃N人工SEI层、LiF人工SEI层、人工SEI层具有良好的离子电导率和良好的电化学稳定性，对锂电池的循环寿命和安全性都有很大的帮助。这些方法可以改善锂电池循环使用寿命，但是所添加惰性或缓冲材料会降低电池特定的容量。

液态金属电池作为近年来的一种新型电池，具有成本低、电化学寿命长等优点。它广泛应用于储能系统，具有良好的发展前景。同时液态金属电极也有着优良的性能，如(1)液态金属电极具有优良的动态性能和良好的导电性；(2)液态金属具有自愈性，可以防止电极在长时间工作时受到损伤。因此结合锂负极现存的问题和液态金属的优势，将碳骨架支撑的LMNPs作为人造SEI膜保护锂负极。这样不仅能够解决锂负极活性物质的膨胀和收缩问题，而且会大大的提高锂电池安全性能，对电池的循环寿命以及稳定性都有极大地帮助。

发明内容

本发明目的在于为了解决现有锂电池实际应用中却存在安全性和稳定性问题的缺陷而提供一种有效的解决锂负极现存的高反应活性、无限大的体积膨胀和不均匀的沉积脱出等问题，同时还能够有效提高电池的循环稳定性和循环寿命, 使锂电池在储能电池领域具有广泛的应用前景的长循环寿命锂负极的保护方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种长循环寿命锂负极的保护方法，所述保护方法为纽扣电池中的锂金属上涂覆有碳骨架支撑的LMNPs人造SEI膜，其步骤包括：

（1）制备液态金属纳米粒子；

（2）制备碳骨架支撑的LMNPs；

（3）制备人工SEI膜；

（4）在手套箱中组装CR2025式纽扣电池。