[發明專利]鋰金屬負極保護層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911382604.6
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111435728A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 鄭曉醒;秦士林;朱朋輝;陳少杰;周龍捷;鄧素祥;馬忠龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/052;H01M12/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

1.一種制備鋰金屬負極保護層的方法，其特征在于，包括：

（1）采用物理氣相沉積法在鋰金屬負極片表面形成金屬鍍層，以便使鍍層金屬與鋰金屬反應形成合金層，得到金屬保護層；

（2）將聚合物、鋰鹽和有機溶劑混合后涂膜，干燥，以便得到聚合物保護膜；

（3）將所述聚合物保護膜形成在所述金屬保護層上，以便在所述鋰金屬負極片上形成復合保護層；

步驟（1）在露點不高于零下40℃的干燥環境下進行，

步驟（1）中，所述物理氣相沉積法為真空蒸鍍法、離子濺射法、磁控濺射鍍膜法、電弧等離子體鍍膜法或分子束外延法，

所述真空蒸鍍法的條件為：蒸鍍基材板溫度為20~150℃，蒸發速率為0.001~0.05nm/s，蒸鍍腔內的真空度為10^-3~10^-5?Pa；

步驟（2）中，所述聚合物、所述鋰鹽和所述有機溶劑形成的混合液中，所述聚合物和所述鋰鹽的總含量為1~15wt%，

步驟（2）中，所述聚合物與所述鋰鹽的質量比為（2~5）：1，

所述有機溶劑為選自乙腈、甲苯、四氫呋喃、一氯代苯和甲基甲酰胺中的至少一種；

步驟（3）中，將所述聚合物保護層置于所述金屬保護層上，并對所述聚合物保護層和具有所述金屬保護層的鋰金屬負極片進行壓合，以便在所述鋰金屬負極片上形成復合保護層，

所述壓合為熱輥壓或平板熱壓，所述壓合的溫度為50~85℃、時間為10~20min、壓力為0.5~10MPa。

2.一種鋰金屬負極保護層，如權利要求1所述的制備鋰金屬負極保護層的方法制備的所述鋰金屬負極保護層，其特征在于，包括：

金屬保護層，所述金屬保護層形成在鋰金屬負極片上，且所述金屬保護層的至少一部分金屬與所述鋰金屬負極片反應形成合金層；

聚合物保護層，所述聚合物保護層包括聚合物和鋰鹽，所述聚合物保護層形成在所述金屬保護層上，

其中，所述金屬保護層的厚度為5~500nm，所述金屬保護層的金屬純度為99.99~99.999%；所述聚合物保護層的厚度為10~100μm，所述聚合物與所述鋰鹽的質量比為（2~5）：1；

所述聚合物為選自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸亞丙酯、聚丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇加密丙烯酸酯（PEGMEA）、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇中的至少一種；

所述聚合物、所述鋰鹽和有機溶劑形成的混合液中，所述聚合物和所述鋰鹽的總含量為1~15wt%；

將所述聚合物保護層置于所述金屬保護層上，并對所述聚合物保護層和具有所述金屬保護層的鋰金屬負極片進行壓合，以便在所述鋰金屬負極片上形成復合保護層。

3.根據權利要求2所述的鋰金屬負極保護層，其特征在于，所述金屬保護層通過物理氣相沉積法形成在鋰金屬負極片上，

所述金屬保護層包括選自金、銀、銦、鋅、錫、鎂、鋁、鎵、鎘、鉍、鉛和銻中的至少一種。

4.一種鋰電池，其特征在于，具有權利要求2~3中任一項所述的鋰金屬負極保護層或采用權利要求1中所述的方法制備得到的鋰金屬負極保護層。

5.根據權利要求4所述的鋰電池，其特征在于，所述鋰電池包括依次疊放的鋰金屬負極片、固態電解質層和正極片，所述鋰金屬負極片與所述固態電解質層之間設有所述鋰金屬負極保護層，且所述聚合物保護層與所述固態電解質層貼合，

所述鋰電池為鋰離子電池、鋰金屬電池、鋰空電池或鋰硫電池。

6.一種車輛，其特征在于，具有權利要求4或5所述的鋰電池。