[發明專利]堿金屬電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202080088960.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN115516658A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: S·勞頓;J·迪登;D·普萊
• 申請（專利權）人: 阿科瑪法國公司;莊信萬豐股份有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 楊芳;黃健

本發明涉及一種修飾包含堿金屬的電極的方法，包含：?在所述電極上澆注鹽溶液，所述鹽溶液包含至少一種鹽以及溶劑，所述鹽包含堿性離子；?在所述電極上澆注含氟聚合物溶液，所述含氟聚合物溶液包含至少一種含氟聚合物以及溶劑；以及?干燥所述電極。本發明還涉及一種至少部分地被固體電解質中間相覆蓋的包含堿金屬的電極，所述固體電解質中間相具有的碳、氟和硫原子的原子比例為1C：0.15到0.80F：0.02到0.30S。

技術領域

本發明涉及基于堿金屬的，特別是基于鋰金屬的修飾電極，以及涉及生產這種電極的方法。

背景技術

基于鋰的電池，例如鋰離子電池，通常用于電動汽車以及便攜式和移動設備。此外，鋰-硫電池因其高比能量而具有前景。

用于這種鋰基電池的鋰金屬負電極特別受關注，因為它們具有高理論容量(即3860mAh.g^-1)和低電化學電位(-3.04V相比于標準氫電極)。

然而，鋰金屬負電極的使用往往會導致鋰還原過程中在負電極上鋰枝晶的形成。負電極上鋰枝晶的存在可以導致低的庫侖效率、增加的電池體積、電解質分解加速和熱失控。

為了減輕鋰枝晶的形成，已經開發了涂有PVDF(聚偏二氟乙烯)膜的鋰負電極。

Gao等的文章“通過表面涂覆PVDF薄膜來保護Li金屬陽極以增強Li電池的循環性能，Chinese Chemical Letters，vol.30,No.2,p.525-528(2019)”描述了在其表面上包含多孔PVDF膜涂層的鋰金屬陽極。

Luo等的文章“用于無枝晶和高性能鋰金屬陽極的高極性聚(偏二氟乙烯)薄涂層，Adv.Energy Mater.，vol.8，p.1701482(2017)”描述了涂有高極性β相PVDF的薄膜作為人造的固體電解質中間相(solid electrolyte interphase，SEI)的銅陽極和鋰陽極。

然而，PVDF會自發地結晶為非極性的α相。為了獲得在極性β相中結晶的PVDF膜，必須對PVDF進行拉伸，或者膜必須在相當低的溫度下通過鑄膜液的溶劑的慢蒸發來制備。因此，這可能會導致復雜的過程。

此外，在鋰-硫電池中，通過多硫化物對鋰金屬的降解由穿梭機制(shuttlemechanism)發生。這種穿梭效應源于高階多硫化物擴散到負電極側的事實，在那里它們與鋰金屬反應形成低階多硫化物，并擴散回正電極側。這種穿梭效應會導致硫材料的損失，并降低庫侖效率(Energy Environ.Sci.,2014,vol.7,p.347-353)。

眾所周知，氟化的SEI在均勻的Li⁺剝離/沉積和更高的離子電導率方面提供了好處，以有利于抑制鋰枝晶并提高安全性。Fan等的文章“氟化的固體電解質中間相促成高度可逆的固態Li金屬電池，Sci.Adv.，vol.4，No.12，eaau9245(2018)”描述了在Li陽極和LPS固態電解質之間通過將LiFSI涂覆/浸入到LPS中形成的富LiF的SEI。

對鋰金屬電極的保護是需要的，這可以降低多硫化物的減少(從而降低穿梭效應)和鋰枝晶的形成，以及生產保持高庫侖效率和長電池循環壽命的電池。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種修飾包含堿金屬的電極的方法，包括：

-在所述電極上澆注鹽溶液，所述鹽溶液包含至少一種鹽以及溶劑，所述鹽包含堿性離子；

-在所述電極上澆注含氟聚合物溶液，所述含氟聚合物溶液包含至少一種含氟聚合物以及溶劑；

-干燥所述電極；

-用包含溶劑的洗滌組合物來洗滌所述電極。

本發明的另一個目的是提供一種修飾包含堿金屬的電極的方法，包括：