[发明专利]一种人工固相电解质界面膜修饰的锂电池负极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种人工固相电解质界面膜修饰的锂金属负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将纤维素改性接上溴基，得到含有溴官能团的纤维素；

(2)将步骤(1)中制备得到的含溴官能团的纤维素与高分子单体、配体、催化剂、溶剂混合均匀，在惰性气体保护下反应20-40min，再加入还原剂，通入惰性气体除氧，在20-30℃下预反应1±0.5h，然后在50-90℃下反应6-72h；

(3)把步骤(2)的反应产物置于透析袋，浸泡在LiCl溶液中搅拌6-24h后将透析产物离心，用LiCl溶液洗涤离心产物数次，得到聚合物分子刷；

(4)将步骤(3)中制备得到的聚合物分子刷分散在溶剂中，随后附载在锂金属片上形成人工固相电解质界面膜修饰的锂金属负极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的高分子单体包括丙烯酰胺、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、对苯乙烯磺酸钠中的一种或几种；所述的配体包括N,N,N',N”,N”-五甲基二亚乙基三胺、三(2-二甲氨基乙基)胺中的一种或两种；所述的催化剂为溴化铜、溴化亚铜中的一种或两种；所述还原剂为抗坏血酸。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溶剂为水、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；步骤(4)所述溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述高分子单体与含溴官能团的纤维素的摩尔比为1-10:1；高分子单体与配体的摩尔比为10-100:1；高分子单体与催化剂的摩尔比为100-700:1；高分子单体与还原剂的摩尔比为10-100:1；步骤(4)制得的聚合物分子刷溶液的浓度为1-20mg/mL，分子刷溶液用量为10-90μL。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述高分子单体与含溴官能团的纤维素的摩尔比为8:1；高分子单体与配体的摩尔比为30:1；高分子单体与催化剂的摩尔比为300:1；高分子单体与还原剂的摩尔比为30:1；步骤(4)所述分子刷溶液的浓度为5mg/mL，用量为60μL。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纤维素改性是在纤维素凝胶中加入盐酸溶液，搅拌分散后通过离心将溶剂置换成N,N-二甲基甲酰胺；将含纤维素的N,N-二甲基甲酰胺分散液中加入三乙胺，在冰水浴及氮气氛围下，将2-溴异丁酰溴预先分散在N,N-二甲基甲酰胺中的溶液缓慢滴加到上述混合液中；滴加完毕后撤去冰浴，待反应升至室温后搅拌反应；反应结束后依次用乙醇、乙醇和水的混合液、水进行离心洗涤处理，得到含溴官能团的纤维素。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的置换溶剂步骤为：将纤维素凝胶分散在水溶液中，加少量盐酸溶液，同时剧烈搅拌至凝胶完全分散为溶液状；将纤维素水溶液离心，用N,N-二甲基甲酰胺将所得离心产物重新分散洗涤；重复离心洗涤操作，直至纤维素所含水溶液被完全置换成N,N-二甲基甲酰胺。

8.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述附载采用如下任意一种方式：

(i)将分子刷溶液浇筑在模具中，并在氩气氛围下挥发成膜，随后将膜贴合在锂金属片表面；

(ii)将分子刷溶液滴在锂金属片表面，用刮刀将溶液刮涂均匀，随后在氩气氛围下挥发成膜；

(iii)将分子刷溶液均匀滴涂在锂金属片表面，在氩气氛围下挥发成膜。

9.权利要求1～8任意一项所述方法制备的人工固相电解质界面膜修饰的锂金属负极。

10.权利要求9所述人工固相电解质界面膜修饰的锂金属负极在制备锂金属电池中的应用。