[发明专利]一种锂负极及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂负极及其制备方法、锂离子电池。本发明的锂负极由金属锂层和设置在金属锂层表面的固态电解质保护层，所述金属锂层为金属锂或锂合金；所述固态电解质层包括聚合物电解质，所述聚合物电解质由聚合单体聚合而成；所述聚合单体中含有不饱和碳‑碳键，醚键以及可与锂发生反应的锂反应性基团，所述聚合物电解质通过锂反应性基团与金属锂层中的锂反应复合在金属锂层的表面上。本发明的锂负极中保护层与金属锂层之间通过化学键相结合，不易脱落。并且保护层的存在避免了金属锂层直接与电解质接触，防止了副反应的发生，有利于提高锂离子电池的性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂负极及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，开发高能量高密度的锂离子电池已成为科研工作者的重点工作之一。锂金属具有低电位(-3.04V)和高比容量(3860mAh/g)，是具有潜力的负极材料之一。在锂金属电池中，锂离子的不均匀沉积导致锂枝晶的生成，随着循环次数的增加，锂枝晶不断生长，刺穿隔膜，导致内部短路。另外，金属锂循环过程中的粉末化，使高活性的锂金属更加易于与电解液发生副反应，导致电解液和锂负极的不断消耗生成一系列副产物，从而使电池容量衰减、内阻升高、效率降低以及电池失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂负极，以解决现有技术中不能有效抑制锂枝晶的问题。

本发明的目的还在于提供一种上述锂负极的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种采用上述锂负极的锂离子电池，具有较好的稳定性。

本发明的锂负极材料的技术方案为：

一种锂负极，由金属锂层和设置在金属锂层表面的固态电解质保护层，所述金属锂层为金属锂或锂合金；所述固态电解质层包括聚合物电解质，所述聚合物电解质由聚合单体聚合而成；所述聚合单体中含有不饱和碳-碳键，醚键以及可与锂发生反应的锂反应性基团，所述聚合物电解质通过锂反应性基团与金属锂层中的锂反应复合在金属锂层的表面上。

本发明的锂负极中，聚合单体中的锂反应性基团与金属锂层中的锂的反应加强了固态电解质保护层与金属锂层的结合，缓解了金属锂层在电化学反应过程中的体积和收缩，抑制了锂负极中金属锂的粉化。本发明的固态电解质保护层使金属锂层不与电解液直接接触，避免了金属锂层与电解液发生反应，因此有效抑制了锂枝晶的形成与生长。本发明的固态电解质保护层中具有使锂离子均匀沉积的沉积位点，进一步避免了锂枝晶生长。本发明的固态电解质保护层同时可以作为固态电解质膜，从而解决了锂负极与无机固态电解质匹配不良的问题。

优选的，所述聚合单体的结构通式为式(1)～(3)中的至少一种：

R₁为H、碳原子个数为1～4的烷基或氟取代的烷基、苯基、异氰酸酯基、氰基中的一种；

R’为碳原子个数为1～4的次烷基或氟取代的次烷基；

R₂为化学键、碳原子个数为1～4的次烷基或氟取代的次烷基；

Y为化学键或式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)、式(11)、式(12)所示的结构中的一种或多种：

式(5)中p1为1～4的整数，式(7)中p2为1～4的整数，式(9)中p3为1～4的整数，式(10)中p4为1～4的整数，式(12)中p5为1～4的整数；