[發明專利]具有包覆層結構的金屬鋰復合材料、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201610634832.8
• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN107689442B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 吳丹;張海洋;張曉峰;盧威;吳曉東;陳立桅
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/36
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種具有包覆層結構的金屬鋰復合材料及其制備方法。所述具有包覆層結構的金屬鋰復合材料包括金屬鋰材料和包覆于金屬鋰材料表面的有機無機復合包覆層，所述有機無機復合包覆層包含二氧化硅無機網絡和聚電解質。本發明還公開了所述的具有包覆層結構的金屬鋰復合材料于制備負極材料、負極或電池中的用途。本發明提供的具有包覆層的金屬鋰復合材料作為負極材料，特別是二次負極可以顯著提高電池，例如鋰電池的循環性能，并抑制枝晶的形成，提高電池的安全性，并且提供較高的比容量和良好的循環性能，同時所提供的金屬鋰復合材料制備工藝簡單易于實施，可控性好，成本低，適于規模化生產。

技術領域

本申請屬于能源電池領域，特別是涉及一種具有包覆層結構的金屬鋰復合材料、其制備方法及應用，例如在制備二次電池負極和二次電池中的應用。

背景技術

鋰二次電池因其高能量密度、良好的循環性能和環境友好等特點在能源存儲設備中占有重要地位。采用金屬鋰作為負極材料的鋰電池，具有操作電壓高、質量比容量高和比能量大等特點。然而單純使用金屬鋰作為電池負極時，在充放電過程中，鋰離子在金屬鋰負極上沉積，形成枝晶，增大比表面，容易不斷與電解液反應生成SEI(固體電解質界面)膜，導致負極阻抗越來越大，影響電池的比容量和循環性能。嚴重時還會導致隔膜刺穿造成內部短路、過熱，以致電解液分解甚至燃燒，十分危險，因此使用中受到許多限制。

為了保護金屬鋰負極，研究人員做了很多工作，主要集中在通過電解液添加劑(例如硝酸鋰)來對鋰負極進行表面改性，但這種單一性的改性效果作用有限，而且容易引起容量損失、內阻增大、性能下降等問題。

另外還有許多研究人員試圖通過預制的鋰保護層對鋰負極進行保護。例如鋰磷氮氧化物(LiPON，US patent 5314765)，硅酸鋰，硼酸鋰，鋰硅硫化物、鋰硫磷化物(CN，1208856C)，氧化鋁(CN，103094522)，二氧化硅等(CN，104617259 A)無機保護層，或者用導電聚合物聚吡咯等(CN，103985840 A)有機保護層，這些方法能取得一定的效果，但保護效果依然十分有限，無機保護層剛性較強容易被枝晶破壞，有機保護層難以較好的附著在鋰金屬表面易脫離。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種具有包覆層結構的金屬鋰復合材料、其制備方法及應用，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明實施例提供了一種具有包覆層結構的金屬鋰復合材料，其包括金屬鋰材料和包覆于金屬鋰材料表面的有機無機復合包覆層，所述有機無機復合包覆層包含二氧化硅無機網絡和聚電解質，并且所述有機無機復合包覆層中聚電解質的含量為0～100wt％，優選大于0而小于100％。

較為優選的，所述二氧化硅無機網絡主要由小分子硅烷在金屬鋰材料表面進行原位溶膠凝膠反應形成。

較為優選的，所述二氧化硅無機網絡與金屬鋰材料之間形成有化學鍵，例如Si-S-Li化學鍵。

本發明實施例還提供了制備所述具有包覆層結構的金屬鋰復合材料的方法，包括：將金屬鋰材料與包含小分子硅烷和聚電解質的混合溶液反應，于金屬鋰材料表面形成有機無機復合包覆層。

本發明實施例還提供了所述的具有包覆層結構的金屬鋰復合材料于制備負極材料、負極或電池中的用途。

其中，所述負極可以為二次電池負極。

其中，所述電池可以為二次電池。

優選的，所述二次電池包括鋰電池。

與現有技術相比，本發明提供的具有包覆層的金屬鋰復合材料作為負極材料，特別是二次負極可以顯著提高電池，例如鋰電池的循環性能，并抑制枝晶的形成，提高電池的安全性，并且提供較高的比容量和良好的循環性能，同時所提供的金屬鋰復合材料制備工藝簡單易于實施，可控性好，成本低，適于規模化生產。