[發(fā)明專利]一種硫化物全固態(tài)電池用鋰合金負(fù)極的制備方法及其電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110633295.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN113363427A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉芳洋;李炳勤;呂娜;蔣良興;賈明;張宗良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M4/62;H01M4/40;H01M10/0525
• 代理公司: 長(zhǎng)沙智勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43254
• 代理人: 曾芳琴

本發(fā)明提供了一種硫化物全固態(tài)電池用鋰合金負(fù)極的制備方法。該方法包括：在金屬鋰表面均勻涂置一層金屬活動(dòng)性低于鋰的金屬有機(jī)化合物，利用鋰比化合物中金屬的活動(dòng)性強(qiáng)，從而將金屬置換出來，該金屬在鋰表面形成均勻包覆層，構(gòu)成鋰合金負(fù)極。該鋰合金負(fù)極可用于組裝全固態(tài)鋰離子電池。鋰合金負(fù)極表面的均勻金屬層可有效隔絕全固態(tài)鋰離子電池中硫化物電解質(zhì)與金屬鋰的反應(yīng)，也能在一定程度上抑制鋰枝晶的生成，從而大大提高全固態(tài)鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硫化物全固態(tài)電池用鋰合金負(fù)極的制備方法及其電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度大、輸出功率高、單體電壓高、自放電小、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車等行業(yè)，并在大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域也表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。目前，鋰離子電池中廣泛采用的石墨負(fù)極(理論比容量為372mAh/g)已不能滿足社會(huì)對(duì)鋰離子電池更高能量密度的要求，因此迫切需要開發(fā)新型負(fù)極材料。金屬鋰負(fù)極具有最低的工作電位(-3.04V)和較高的理論比容量(3860mAh/g)，是鋰離子電池的極佳負(fù)極材料。

但金屬鋰負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用中，存在體積變化巨大、易生成鋰枝晶等問題，嚴(yán)重影響電池的安全性。目前對(duì)金屬鋰負(fù)極的改性研究主要集中在人造SEI膜、集流體表面包覆、構(gòu)建3D集流體以及應(yīng)用固態(tài)電解質(zhì)等方面，但實(shí)際應(yīng)用中仍難以完全抑制鋰枝晶的生成，尤其是利用固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度阻斷鋰枝晶的生長(zhǎng)時(shí)，由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)會(huì)與金屬鋰發(fā)生界面副反應(yīng)，消耗活性鋰的同時(shí)也會(huì)增加電池阻抗，對(duì)電池性能造成不利影響，金屬鋰負(fù)極在鋰離子電池中的應(yīng)用仍任重而道遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種硫化物全固態(tài)電池用鋰合金負(fù)極的制備方法及其電池，旨在在保證電池安全性的前提下，通過引入合金保護(hù)層，解決金屬鋰負(fù)極與硫化物固態(tài)電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)的問題，同時(shí)該鋰合金負(fù)極可有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，從而提高全固態(tài)電池的循環(huán)性能和安全性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種硫化物全固態(tài)電池用鋰合金負(fù)極的制備方法，包括以下步驟：在金屬鋰表面均勻涂置一層金屬活動(dòng)性低于鋰的金屬有機(jī)化合物，反應(yīng)完全得到鋰合金負(fù)極，其中，所述金屬有機(jī)化合物中金屬為鎂、鋁、鋅、銦、錫、銀中的一種或多種，涂置工序包括涂、抹、擦、沾、滴、攤平、鋪平、浸入、壓平中一種或多種使一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)表面形成均勻?qū)拥姆椒ā?/p>

優(yōu)選地，鎂有機(jī)化合物包括乙醇鎂、甲醇鎂、異丙醇鎂、乙基溴化鎂中的一種或多種。

優(yōu)選地，鋁有機(jī)化合物包括三乙醇鋁、異丙醇鋁、丁醇鋁、仲丁醇鋁、三甲基鋁中的一種或多種。

優(yōu)選地，鋅有機(jī)化合物包括甲醇鋅、乙酸鋅、檸檬酸鋅、草酸鋅中的一種或多種。

優(yōu)選地，銦有機(jī)化合物包括乙酸銦、三氟甲烷磺酸銦、三(2,4-戊二酮酸)銦中的一種或多種。

優(yōu)選地，錫有機(jī)化合物包括二乙醇錫、甲醇錫、異丙醇錫、乙酸錫、三甲基氯化錫、苯基三氯化錫中的一種或多種。

優(yōu)選地，銀有機(jī)化合物包括乙酸銀、乳酸銀、乙酰丙酮銀、1-羥基-1-氧代丙烷-2-醇銀中的一種或多種。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種全固態(tài)鋰離子電池，其包括復(fù)合正極、硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及由上述任一項(xiàng)方法制得的鋰合金負(fù)極。

優(yōu)選地，所述復(fù)合正極為鋰離子電池正極材料、硫化物固態(tài)電解質(zhì)與導(dǎo)電碳的均勻復(fù)合產(chǎn)物。