[发明专利]一种对锂金属抛光的方法及其用途

说明书

本发明公开了一种对锂金属抛光的方法，所述方法包括：将金属锂浸泡在包含卤素盐的溶液中，干燥并抛光；所述卤素盐的化学式为MX_a，其中，a为满足元素化合价平衡所需的X的量，所述M包括Sn、Ti或Ge中的任意一种或至少两种的组合，所述X包括F、Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合。本发明提供了一种低成本常温抛光锂金属的方法，不仅可以除去在锂箔上形成的不均匀自然层，并且进一步地，形成人工的SEI钝化层，提高锂金属的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种对锂金属抛光的方法及其用途，尤其涉及一种对锂金属抛光的方法，采用其制备具有SEI钝化层的锂金属电极的用途，及得到的具有SEI钝化层的锂金属电极。

背景技术

小型移动终端和电动汽车的高速发展，对于传统锂离子电池的相对较低的能量密度提出了新的要求，而高能量密度的可充锂金属电池例如锂硫电池和锂空电池采用金属锂作为负极材料，由于其极高的理论比容量(3860mAh/g)，低电位(-0.304V vs.SHE)以及非常小的密度(0.53g/cm³)，使得可充锂金属电池成为世界范围内的研究热点。

但是，锂金属负极距离实际应用还有很多挑战需要克服。首先，锂金属作为极其活泼的碱金属之一，非常容易和电解液反应，在其表面生成一层固态电解质界面膜(SEI)，虽然在一定程度上可以抑制枝晶的生长，但是随着多次溶解和沉积的循环过程，SEI会反复遭到破环以及重新生成，使得锂金属和电解液在该过程中被持续消耗，导致了锂金属负极在循环过程中的低库伦效率。其次，锂的沉积过程趋向于以枝晶的方式生长，枝晶的尖端会冲破SEI层，甚至刺穿隔离，接触到正极形成短路，而在溶解的过程中，枝晶又会与锂负极隔离而形成“死锂”，多次循环以后，形成了多孔状的锂负极，较厚的SEI以及散落在电解液中的“死锂”的游动结构，完整性遭到破坏。最后，近乎无限的体积膨胀，让隔膜和极片在循环过程中来回浮动，导致电池内部的应力波动，不利于电池结构的稳定。

因此，设计包覆稳定的SEI层的金属锂负极，让锂离子在负极表面平整而紧密地可逆沉积，成为了阻碍可充锂金属负极走向应用的难题。为了抑制锂枝晶的生长，科研工作者们不仅开发了不同的电解液溶剂、盐类添加剂与锂金属形成稳定的SEI，而且设计了一系列纳米尺度的钝化层。

锂金属负极面临枝晶生长，体积膨胀以及固态电解质界面膜(SEI)不稳定等问题。在对锂金属负极保护过程中，人工修饰SEI对于反应条件比较苛刻，不环保，不利于工业化生产；改进电解液时抑制枝晶效果不理想，同时又容易影响正极的库伦效率。

而且，在这些改进方案之前，不得不面临另一个困难，首先锂金属表面不够平整，这将大大加剧锂金属在循环过程中的不均匀性，促使枝晶生长加剧，其次，活泼的锂金属并非直接裸露在外界，而是由一层多相的、自发形成的惰性层包覆，这层疏松的惰性层(Li₂O、Li₂CO₃、LiOH等)不仅妨碍对于锂金属的人工改性工作，而且在循环的过程中还会成为潜在的成核位点，诱使锂金属进行不均匀的沉积，让整个充放电行为变得不可逆。

目前常用的解决方法有，使用刀具在惰性气氛下进行物理抛光，通过这种方法将锂金属表面的氧化层刮尽。或者使用特定的反应溶剂如萘，与锂金属反应，锂金属表面的钝化层失去附着力，然后被洗脱，通过这样的化学抛光之后，锂金属的沉积溶解均匀性和锂表面积的利用率均被提高(Chemically polished lithium metal anode for high energylithium metal batteries,Wei Tango,Xuesong Yin,Zhongxin Chen,Energy StorageMaterials,Volume 14,September 2018,Pages 289-296.)。