[發明專利]一種高安全無枝晶鋰金屬電池及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110044137.7
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112768695A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 馮金奎;武樣
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種高安全無枝晶鋰金屬電池及其制備方法和應用。抑制鋰枝晶的鋰電池的負極包括金屬鋰和涂敷在金屬鋰上的鎵鹽，金屬鋰選自鋰箔、鋰片、鋰塊、鋰粉、鋰合金中的任意一種，鎵鹽選自Ga(NO₃)₃、GaCl₃、Ga₂(CO₃)₃、GaI₃、GaF₃、GaBr₃、GaN中的任意一種，鎵鹽在金屬鋰上的負載量為1*10^?5～5*10^?5mol；全固態鋰離子電池，包括上述負極，以及正極和固態鋰離子電池電解質；所述正極包括正極活性材料、集流體，導電劑以及粘結劑；所述固態鋰離子電池電解質包括固態電解質和鋰鹽。鎵鹽涂層可以抑制鋰枝晶的產生，誘導均勻的鋰沉積，有助于提高電池庫倫效率，穩定電池與固態電解質的界面，延長電池的循環壽命，降低鋰枝晶誘導的安全問題的發生。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種高安全無枝晶鋰金屬電池及其制備方法和應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

在近幾年，使用石墨負極的電池已經應用在了智能移動設備、大小型電動工具和電動汽車領域上。但是，由于石墨負極的理論比容量僅僅只有372mAh g^-1，這個因素大大限制了當前可充電鋰離子電池的發展，成為了可充電設備發展的最大桎梏之一。鋰金屬負極擁有高達3860mAh g^-1的理論比容量和最低的還原電位(與標準氫電極相比為-3.04V)，使用鋰負極可以極大地提高鋰電池的能量密度。

發明人發現，目前的鋰金屬電池使用的鋰負極雖然具有相對于傳統石墨負極來說極高的能量密度，但是鋰負極的鋰枝晶問題成為鋰金屬電池工業化的最大阻礙。自20世紀70年代鋰金屬負極首次出現以來，一直存在著一些嚴重的問題，阻礙了其實際應用。由于電流和離子分布不均勻，鋰在電沉積過程中趨向于形成樹枝狀形貌，而不是形成均勻的沉積。鋰枝晶通常會形成不穩定的固體電解質界面，由于其化學反應活性高而導致庫侖效率低，甚至會穿透隔膜或者固態電解質造成嚴重的安全隱患。不穩定的固體電解質界面會進一步加劇枝晶生長，最終導致充電電池壽命較差。因此，穩定鋰界面是實現實際應用的先決條件之一。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明進一步綜合金屬改性鋰負極和快離子導體改性鋰負極的優缺點，制備并得到一種有著金屬-非金屬快離子導體的復合材料人工固體電解質界面膜的鋰金屬負極，其對于鋰枝晶的抑制作用明顯，從而提供了一種利用金屬-非金屬快離子導體抑制鋰枝晶生長的高安全無枝晶鋰金屬電池及其制備方法和應用。

本發明的目的之一是提供一種抑制鋰枝晶的鋰電池的負極。

本發明的目的之二是提供一種抑制鋰枝晶的鋰電池。

本發明的目的之三是提供一種抑制鋰枝晶的鋰電池的制備方法。

本發明的目的之四是提供一種抑制鋰枝晶的鋰電池的應用。

為實現上述發明目的，本發明采取的技術手段為：

在本發明的第一方面，提供一種抑制鋰枝晶的鋰電池的負極，包括金屬鋰和涂敷在金屬鋰上的鎵鹽，所述鎵鹽位于金屬鋰靠近固態電解質的一面。

在本發明的第二方面，提供一種全固態鋰離子電池，包括第一方面所述的負極、正極和固態鋰離子電池電解質；

所述固態鋰離子電池電解質包括固態電解質和鋰鹽。