[发明专利]一种锂负极保护膜层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂负极保护膜层：其为在锂负极表面从里到外覆盖有由钼锂合金层和含有多巴胺的聚合物膜层所组成的复合功能膜层。本发明还涉及其制备方法：通过化学镀和提拉方式相结合在锂负极表面形成复合功能膜层。本发明原理是：通过氧化还原反应在锂负极表面原位生成一层钼锂合金层；该合金层能有效提高锂离子的传输速率，降低锂沉积的界面能，减缓和抑制了锂枝晶的形核与生长，改善了聚合物膜层与锂负极基体的结合力；聚合物膜层通过多巴胺与聚合物的交联作用及锂盐的加入，增加了膜层的离子电导率和机械性能，还能有效地阻止电解液和锂负极的副反应，改善锂负极的循环性能。复合功能膜层的协同效应可以显著地提高锂电池的倍率性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种可提高锂电池倍率性能和循环寿命的锂负极保护膜层。本发明还涉及所述膜层的制备方法，应用于锂电池等新能源领域。

背景技术

随着新能源汽车产业的迅猛发展，市场对于高能量密度电池的需求也越来越急迫，传统锂离子电池正极材料的能量密度已经逼近理论值，无法满足未来市场应用的要求，只能通过负极材料的改进来提高锂离子电池的整体能量密度。所以，金属锂因其超低的负电势(－3.045V)和较高的比容量(3861mAh/g)而成为目前最热门和最具有发展前景的锂电池负极材料。但是锂金属负极在充放电过程中，特别是大电流充放电时往往容易形成枝晶而造成死锂的产生，导致不可逆容量的增加和电解液的消耗，这些都将导致电池循环性能的衰减，更为严重的是锂枝晶可能会穿透隔膜，造成电池的短路，由此会引发电池起火或者爆炸等安全事故。基于以上的原因，导致了锂负极迟迟不能被大规模的商业化应用。目前，国内外很多科研院所和企业都在致力于锂负极的研发。常用的方法是通过电解液添加剂、人工SEI膜和固态电解质来缓解和抑制锂枝晶的形核及生长。但是这些方法或工艺复杂、或成本较高，都难以大规模制备，不利于工业化生产和应用。

所以，开发一种简单易操作、施行度高的锂负极保护技术显得尤为重要，成为一个亟需解决的技术问题。锂负极性能的提高，将对推动新能源汽车产业，乃至整个锂离子电池和锂电池的工业化进程具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种锂负极的保护膜层。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供上述锂负极保护膜层的制备方法。

采用本发明的制备方法，通过化学镀和提拉方式相结合即可得到明显改善电池倍率性能和循环寿命的锂负极保护膜层，可用来制备出工艺简单、性能优异的高能量密度的锂离子电池和锂电池。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种锂负极的保护膜层，其特征是：为在锂负极表面从里到外覆盖有由钼锂合金层和含有多巴胺的聚合物膜层所组成的复合功能膜层。

所述的锂负极由纯锂或者合金锂制成，所述的合金锂为锂硼合金、锂铟合金及锂硅合金中的一种，所述的合金层厚度为0.1微米～10微米，所述的含有多巴胺的聚合物膜层厚度为0.5微米～10微米，多巴胺与聚合物的质量比为1:1～1:10。

复合功能膜层不仅增加与锂负极基材的结合力，还能有效地阻止电解液和锂负极的副反应，减缓和抑制锂枝晶的形核与生长，改善离子的传输速率，提高锂电池的倍率性能和循环寿命。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种上述锂负极保护膜层的制备方法，其特征在于：通过化学镀和提拉方式相结合。

优选地，所述的制备方法具体包括以下步骤：

步骤1.把钼盐按照一定的摩尔比溶解到四氢呋喃溶剂中，搅拌至均匀为止，存放待用；把聚合物、交联剂和锂盐按照一定的质量浓度比放入溶剂内，搅拌至均匀为止，存放待用。所有操作应在干燥间内或者手套箱内完成，且干燥间或者手套箱内的水含量小于100ppm；