[發(fā)明專(zhuān)利]一種界面層及包括該界面層的鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110741435.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113451580A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張趙帥;趙偉;李素麗;唐偉超;董德銳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種界面層及包括該界面層的鋰離子電池。本發(fā)明中的固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極的界面處原位反應(yīng)生成的鹵化鋰能夠優(yōu)化界面接觸性和界面潤(rùn)濕性，并提供快速的離子擴(kuò)散路徑。本發(fā)明中的固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極的界面處原位反應(yīng)生成的金屬粒子可以引導(dǎo)電場(chǎng)均勻分布，調(diào)控金屬鋰在循環(huán)過(guò)程中均勻沉積，抑制了鋰枝晶的形成和生長(zhǎng)。本發(fā)明中的鋰離子電池能夠有效穩(wěn)定電極和電解質(zhì)間的界面，降低了金屬鋰負(fù)極的化學(xué)反應(yīng)活性，避免了界面處副反應(yīng)的發(fā)生，所述鋰離子電池在連續(xù)的充放電循環(huán)中，顯示出更高的循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)倫效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極間的界面層及包括該界面層的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無(wú)污染、自放電小、壽命長(zhǎng)等諸多卓越的性能，所以在筆記本、手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等領(lǐng)域取得了飛速發(fā)展。如今高能量密度和大功率的鋰離子電池運(yùn)用于新能源汽車(chē)領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù)，但同時(shí)也對(duì)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和性能有了更高的要求，鋰離子電池中的正負(fù)極材料面臨著新的挑戰(zhàn)。

目前產(chǎn)業(yè)化以石墨為負(fù)極的鋰離子電池已經(jīng)很難滿(mǎn)足日益提高的比能量的需求，于是，具有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)的金屬鋰負(fù)極進(jìn)入了研究者的視野。金屬鋰的比容量為3860mAh/g，電化學(xué)勢(shì)為-3.04V(vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，是一種非常理想的鋰離子電池用負(fù)極材料。然而金屬鋰作為負(fù)極仍然在多方面存在問(wèn)題，如安全性、體積變化、倍率、循環(huán)性、成本等方面離商業(yè)化應(yīng)用仍然較遠(yuǎn)。

上個(gè)世紀(jì)80年代，Moli公司生產(chǎn)的金屬鋰負(fù)極實(shí)現(xiàn)了首次商業(yè)化，但不久之后就發(fā)生了安全事故，該公司對(duì)電池進(jìn)行失效分析發(fā)現(xiàn)鋰枝晶可以刺穿隔膜導(dǎo)致短路，發(fā)生電池的熱失控行為。然而金屬鋰的安全性不僅體現(xiàn)在鋰枝晶導(dǎo)致的內(nèi)短路，還有多次循環(huán)后生成的鋰粉或者“死鋰”與電解液源源不斷發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和熱量。因此，要想使用金屬鋰作為鋰離子電池的負(fù)極材料，必須要解決鋰枝晶生長(zhǎng)和界面穩(wěn)定性這兩大問(wèn)題。第一難題，由于金屬鋰在電池循環(huán)過(guò)程中的不均勻沉積，金屬鋰以鋰枝晶的形式不斷的在尖端處生長(zhǎng)，最終容易刺破固體電解質(zhì)膜(SEI膜)；第二難題，無(wú)論是如今商業(yè)化的以L(fǎng)iPF₆體系的電解液、凝膠電解質(zhì)或者未來(lái)具有廣闊前景的固態(tài)電解質(zhì)，與金屬鋰界面的穩(wěn)定性都相對(duì)較差，容易在界面處發(fā)生副反應(yīng)導(dǎo)致電池在循環(huán)過(guò)程中失效。而且，對(duì)于固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，由于電解質(zhì)和電極之間的界面是固-固接觸界面，接觸潤(rùn)濕性欠佳，鋰枝晶更容易從界面處開(kāi)始生長(zhǎng)，穿透電解質(zhì)到達(dá)正極形成短路。因此，開(kāi)發(fā)出一種能夠抑制鋰枝晶生長(zhǎng)且利于穩(wěn)定沉積的界面層是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極間鋰枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極間的界面層及包括該界面層的鋰離子電池，所述界面層的使用能夠改善固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極間的界面潤(rùn)濕性，并能夠提升固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰負(fù)極間的界面穩(wěn)定性，且能夠快速傳導(dǎo)鋰離子并穩(wěn)定調(diào)控金屬鋰的均勻沉積，使得包括該界面層的鋰離子電池具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種界面層，所述界面層包括鹵化鋰和金屬粒子。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述鹵化鋰與金屬粒子的摩爾比為n:1，其中n為金屬的價(jià)態(tài)，示例性地，所述鹵化鋰與金屬粒子的摩爾比為1:1、2:1或3:1。即所述金屬為1價(jià)金屬時(shí)，所述鹵化鋰與金屬粒子的摩爾比為1:1；所述金屬為2價(jià)金屬時(shí)，所述鹵化鋰與金屬粒子的摩爾比為2:1；所述金屬為3價(jià)金屬時(shí)，所述鹵化鋰與金屬粒子的摩爾比為3:1。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述鹵化鋰與金屬粒子是由包括金屬鋰和金屬鹵化物的原料反應(yīng)得到的。其中，所述金屬鋰來(lái)源于金屬鋰負(fù)極。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，所述界面層設(shè)置在固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極間。