[发明专利]锂金属负极的碘化锂保护层及其制备工艺和应用

说明书

本发明公开了锂金属负极的碘化锂保护层及其制备工艺和应用，所述保护层附着于锂金属负极的一侧，且为单组分界面保护层，其中附着有保护层的锂金属负极面向固态电解质。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述锂金属负极的碘化锂保护层能够有效抑制全固态电池在负极界面处生成副产物、孔洞或锂枝晶，从而抑制电解质的分解和锂金属的损耗，有利于锂离子在负极界面处的迁移，为锂金属负极提供有效的保护机制；(2)同时，本发明所述保护层极大程度的维持了电池电位，保证了电池整体能量密度；(2)所述制备工艺简单易操作，且成本很低，极大程度的提升了锂金属在全固态电池领域应用的可能性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种全固态电池的新型负极，具体为锂金属负极的碘化锂保护层及其制备工艺和应用。

背景技术

目前商用电池主要采用石墨作为负极，采用钴酸锂或者铁锂材料作为正极，中间使用液态电解液。该体系已经发展的非常成熟，实际能量密度已经逐渐接近极限水平。而随着电动汽车和智能电网的飞速发展，现有电池的能量密度远不能达到目标水平，需要探索新的正负极材料体系。锂金属由于其具有极高的理论比容量(3860mAh g^-1)和最低的氧化还原电位(-3.04V)而受到大家的关注，使用锂金属负极可以显著提高电池的能量密度，有利于电池在实际工业体系中的应用。但是锂负极的应用存在一些技术难题，特别是在全固态电池领域，大部分固态电解质对于锂金属是化学和电化学不稳定的，会造成锂金属和电解质的消耗，在负极界面处生成副产物、孔洞和锂枝晶，导致电池充放电极化不断增大，电池循环寿命差。这很大程度上制约了全固态锂电池的发展。目前常见的解决方案包括使用锂铟合金或者锂铝合金充当负极来提高稳定性，但这会极大程度降低电池电位，从而降低电池整体能量密度。所以探究有效的锂负极保护措施非常必要。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，解决目前全固态电池中固态电解质对锂金属负极不稳定的问题，本发明提供一种锂金属负极的保护方法，从而抑制电解质的分解和锂金属的损耗，有利于锂离子在负极界面处的迁移，成功实现循环性能较好的全固态电池；鉴于此，本发明提供了锂金属负极的碘化锂保护层及其制备工艺和应用。

技术方案：锂金属负极的碘化锂保护层，所述保护层附着于锂金属负极的一侧，且为单组分界面保护层，其中附着有保护层的锂金属负极面向固态电解质。

优选的，所述固态电解质为Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)；Li₆PS₅X，X＝Cl、Br或I；或Li₂S-P₂S₅。

以上所述的锂金属负极的碘化锂保护层的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1、预处理锂片，至锂片的表面平整光滑、洁净、无副产物，然后将其裁成圆片并平铺于菌种瓶内；

S2、将碘单质研磨成粉末，倒入菌种瓶，平铺于瓶底并不与锂片接触；

S3、在Ar气手套箱内，采用铝箔将菌种瓶封口，然后将菌种瓶转移至真空烘箱，80-120℃处理4-12h，得到一侧附着有碘化锂的锂金属片。

以上所述锂金属负极的碘化锂保护层在制备全固态电池中的应用。

优选的，所述全固态电池为全固态Li-Li对称电池或全固态Li-S电池。

优选的，用于全固态Li-Li对称电池的具体步骤为：

(1)将固态电解质粉末加入固态电池模具中，整体加压使粉末成片固定在电池模具内；

(2)将锂金属片未附着有碘化锂的一侧刮干净，暴露出新鲜锂层；