[发明专利]一种界面层及包括该界面层的锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种界面层及包括该界面层的锂离子电池。本发明中的固态电解质与金属锂负极的界面处原位反应生成的卤化锂能够优化界面接触性和界面润湿性，并提供快速的离子扩散路径。本发明中的固态电解质与金属锂负极的界面处原位反应生成的金属粒子可以引导电场均匀分布，调控金属锂在循环过程中均匀沉积，抑制了锂枝晶的形成和生长。本发明中的锂离子电池能够有效稳定电极和电解质间的界面，降低了金属锂负极的化学反应活性，避免了界面处副反应的发生，所述锂离子电池在连续的充放电循环中，显示出更高的循环稳定性和库伦效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种固态电解质与金属锂负极间的界面层及包括该界面层的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有体积小、质量轻、比能量高、无污染、自放电小、寿命长等诸多卓越的性能，所以在笔记本、手机、数码产品等领域取得了飞速发展。如今高能量密度和大功率的锂离子电池运用于新能源汽车领域正成为一项核心技术，但同时也对锂离子电池的结构和性能有了更高的要求，锂离子电池中的正负极材料面临着新的挑战。

目前产业化以石墨为负极的锂离子电池已经很难满足日益提高的比能量的需求，于是，具有高比容量优势的金属锂负极进入了研究者的视野。金属锂的比容量为3860mAh/g，电化学势为-3.04V(vs标准氢电极)，是一种非常理想的锂离子电池用负极材料。然而金属锂作为负极仍然在多方面存在问题，如安全性、体积变化、倍率、循环性、成本等方面离商业化应用仍然较远。

上个世纪80年代，Moli公司生产的金属锂负极实现了首次商业化，但不久之后就发生了安全事故，该公司对电池进行失效分析发现锂枝晶可以刺穿隔膜导致短路，发生电池的热失控行为。然而金属锂的安全性不仅体现在锂枝晶导致的内短路，还有多次循环后生成的锂粉或者“死锂”与电解液源源不断发生副反应产生的气体和热量。因此，要想使用金属锂作为锂离子电池的负极材料，必须要解决锂枝晶生长和界面稳定性这两大问题。第一难题，由于金属锂在电池循环过程中的不均匀沉积，金属锂以锂枝晶的形式不断的在尖端处生长，最终容易刺破固体电解质膜(SEI膜)；第二难题，无论是如今商业化的以LiPF₆体系的电解液、凝胶电解质或者未来具有广阔前景的固态电解质，与金属锂界面的稳定性都相对较差，容易在界面处发生副反应导致电池在循环过程中失效。而且，对于固态电池来说，由于电解质和电极之间的界面是固-固接触界面，接触润湿性欠佳，锂枝晶更容易从界面处开始生长，穿透电解质到达正极形成短路。因此，开发出一种能够抑制锂枝晶生长且利于稳定沉积的界面层是十分必要的。

发明内容

为了解决现有固态电解质与金属锂负极间锂枝晶生长等问题，本发明提供一种固态电解质与金属锂负极间的界面层及包括该界面层的锂离子电池，所述界面层的使用能够改善固态电解质与金属锂负极间的界面润湿性，并能够提升固态电解质和金属锂负极间的界面稳定性，且能够快速传导锂离子并稳定调控金属锂的均匀沉积，使得包括该界面层的锂离子电池具有良好的电化学性能和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种界面层，所述界面层包括卤化锂和金属粒子。

根据本发明的实施方式，所述卤化锂与金属粒子的摩尔比为n:1，其中n为金属的价态，示例性地，所述卤化锂与金属粒子的摩尔比为1:1、2:1或3:1。即所述金属为1价金属时，所述卤化锂与金属粒子的摩尔比为1:1；所述金属为2价金属时，所述卤化锂与金属粒子的摩尔比为2:1；所述金属为3价金属时，所述卤化锂与金属粒子的摩尔比为3:1。

根据本发明的实施方式，所述卤化锂与金属粒子是由包括金属锂和金属卤化物的原料反应得到的。其中，所述金属锂来源于金属锂负极。

根据本发明的实施方式，所述界面层设置在固态电解质与金属锂负极间。