[发明专利]一种具有人工构建SEI膜的金属锂负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有人工构建SEI膜的金属锂负极及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述制备方法包括：(1)将配比质量的锂盐溶于第一溶剂中，得到锂盐溶液；(2)将有机助剂溶于第二溶剂中，得到助剂溶液；(3)混合锂盐溶液和助剂溶液，搅拌至粘度高于1000厘泊，得到粘流性液体，将其刮涂在锂电池负极集流体表面，再干燥除去第一溶剂和第二溶剂，制得具有人工构建SEI膜的金属锂负极。利用本发明方法构建的SEI膜强度高，且具有一定弹性，充放电过程中能随金属锂表面波动位移，使“界面间距”尽可能的缩小，从而防止锂枝晶产生。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有人工构建SEI膜的金属锂负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是常用的二次电池之一，能量密度较高，循环性能优异，是目前电动汽车电池的主流选择。其常用的负极材料为石墨，理论容量较低，只有375mAh·g^-1，这极大的限制了以电动汽车为代表的电储能行业的发展。为了满足社会的需求，发展具有高能量密度的下一代二次电池迫在眉睫。

在元素周期表中，金属Li负极具有金属族最低的密度(0.59g·cm^-3)和最低的电化学电势(-3.04V)，且它的理论比容量高达3860mAh·g^-1。至今为止，金属Li负极被认为是最有潜力的负极材料之一。但是，金属Li负极在充放电循环过程中会有枝晶形成，锂枝晶穿透隔膜会造成电池内部短路，引发安全事故；锂枝晶还会与电解液反应形成新的SEI膜从而消耗电解液，并且放电时锂枝晶断裂会形成“死锂”，导致循环性能下降。不仅如此，在充放电循环过程中，金属Li还伴随着几乎是没有限制的体积膨胀，这也导致了表面SEI膜的极不稳定，更加重了金属Li枝晶的形成。这种因为枝晶形成而导致的无限体积膨胀极大地限制了金属Li负极的实际应用。

研究表明，电沉积金属锂相比其它金属更容易生长枝晶，主要是由于金属锂负极自发形成的SEI膜不稳定，从而导致循环稳定性问题，主要表现在以下方面：

(1)SEI膜的不稳定性；金属锂与电解液反应自发生成的SEI膜强度低、韧性差，放电过程中锂溶出导致SEI膜脱离金属锂的支撑而产生破损，由于SEI膜破损处的反应活性高会优先沉积锂而形成枝晶，锂枝晶表面又会形成新的SEI膜，此现象会在充放电过程中恶性循环，致使金属锂负极表面SEI膜的不稳定问题远比有载体的石墨负极严重；放电过程中锂溶出还会产生界面间隙，电解液会从破损处进入界面间隙，与金属锂反应生成新的SEI膜。金属锂与电解液自发形成的SEI膜强度低，弹性差，是导致金属锂负极循环性能差的重要因素。

(2)“界面间距”的不稳定性；与石墨负极相比，金属锂负极伴随充放电过程的进行会产生“相对无限体积变化”，若电极单面比容量达到商用的3mAh·cm^-2，需要产生约14.6μm的厚度变化，由此产生的“界面间距”致使电荷跃迁的能级升高乃至难以逾越。金属锂的微观不均匀溶解-沉积，还会造成表面粗糙度变化，导致“界面间距”不均匀，加剧锂枝晶生长。

因此，解决金属锂负极的安全性和界面稳定性问题，是促使金属锂负极产业化的关键，也是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在金属锂表面具有人工构建高强度的弹性SEI膜的金属锂负极的制备方法，以解决现有技术中存在的金属锂负极的安全性和界面稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有人工构建SEI膜的金属锂负极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将配比质量的锂盐溶于第一溶剂中，得到锂盐溶液；

(2)将有机助剂溶于第二溶剂中，得到助剂溶液；